CC BY
15
УДК 629.369
СИСТЕМА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ СПАСАТЕЛЬНЫХ ВОИНСКИХ ФОРМИРОВАНИЙ МЧС РОССИИ
Д.С. Лопатин
адъюнкт кафедры спасательных
робототехнических средств
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,
мкр. Новогорск
E-mail: dm86631Qmail.ru
С.С. Носков
кандидат технических наук, доцент
заведующий кафедры спасательных
робототехнических средств
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,
мкр. Новогорск
E-mail: s.noskovQamchs.ru
A.C. Нил ob
заместитель начальника отдела инженерно-технических мероприятий радиационной, химической, биологической и медицинской защиты ГУ МЧС России по Краснодарскому краю Адрес: 350063, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. Мира 56
E-mail: nilov82Qrambler.ru
Аннотация. В статье обоснована система показателей оценки процесса контроля технического состояния робототехнического средства специального назначения во время эксплуатации, представлены расчетные формулы для их определения при заданных ограничениях. В качестве показателей выбраны коэффициент готовности элемента робототехнического средства специального назначения, затраты на поддержание его работоспособности за один год эксплуатации, а также возможные потери за один год эксплуатации элемента робототехнического средства. Обосновано минимально допустимое значение коэффициента готовности для каждого элемента и порядок его вычисления. Введено понятие «штрафа» за нахождение робототехнического средства в неработоспособном состоянии.
Ключевые слова: робототехническое средство, контроль технического состояния, техническое обслуживание, элемент робототехнического средства, периодичность. Цитирование: Лопатин Д.С., Носков С.С., Нилов A.C. Система показателей оценки процесса контроля технического состояния робототехнических средств специального назначения спасательных воинских формирований МЧС России // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019. № 2 (41). С. 39-44
Одной из задач обеспечения надежности робототехнического средства (далее - РТС) во время эксплуатации является проведение контроля технического состояния (далее - КТС) и основанные на результатах контроля техническое обслуживание (далее - ТО) и ремонт. Своевременные и целесообразные по объему работы КТС позволяют не только поддерживать на определенном уровне значения показателей эксплуатационных свойств, в частности безотказности, но и сокращать расходы на эксплуатацию РТС. В большинстве случаев добиться требуемых значений показателей безотказности можно только соответствующей
организацией видов КТС, имеющих оптимальные периодичности и объемы [1].
Определение оптимальных объемов и периодичности видов КТС на сегодняшний момент имеет важное значение в связи с сокращением финансовых средств на эксплуатацию РТС. Эффективность функционирования существующей системы оценивается рядом показателей, к которым предъявляются следующие требования:
представительность, т.е. отражение наиболее существенных сторон и свойств системы КТС, ТО и ремонта;
четкий физический смысл и максимальная возможная простота;
обеспечение возможности проверки технического состояния во время эксплуатации;
критичность к оцениваемому свойству системы КТС, ТО и ремонта и возможность проведения сравнительных оценок.
РТС, как любая сложная техническая система, представляет собой соединение элементов, отказ которых может привести к отказу всего РТС. Деление конструкции РТС на элементы, как правило, производится по технологическому или функциональному признаку. Для целей оценки процесса КТС произведем деление РТС на конструктивные единицы, техническое состояние которых оценивается одной контрольно-проверочной операцией, т.е. конструктивному образу РТС можно поставить в соответствие перечень контрольно-проверочных операций, позволяющих оценить техническое состояние РТС в целом.
Таким образом, в качестве элемента, значимого для КТС, будет пониматься конструктивная единица РТС (система, узел, деталь), которая проверяется одной операцией КТС.
Операции КТС, сгруппированные в виды, будут иметь одинаковые периодичности , где ^ _ номер вида КТС, т.е. КТС №1 будет соответствовать периодичности КТС №2 - периодичности ¿2, КТС Л*8 т, - периодичности^.
В момент проведения контрольно-проверочной операции в ]-м виде КТС с периодичностью вероятность того, что г-й элемент окажется в работоспособном состоянии, можно определить через коэффициент готовности, который вычисляется по формуле
лК
Кг.. = 1 -
> Т'-Т
экг.п
ЛЗ
(1)
где Т^^ - к-й промежуток времени, когда г-й элемент находится в неработоспособном состоянии при периодичности КТС дни;
К - количество всех промежутков неработоспособных состояний за всё время эксплуатации;
Тэксп - общее время эксплуатации элемента РТС.
В качестве допущения примем, что любой элемент РТС при восстановлении после отказа заменяется или полностью восстанавливается
его ресурс. Учитывая, что параметр потока отказов элемента постоянен, тогда в момент проведения операции КТС коэффициент готовности можно определить как вероятность безотказной работы [2] на промежутке [0; ], т.е.
Кт.. = е
(2)
где параметр потока отказов г-го элемента РТС.
Учитывая, что элементы РТС не равнона-дежностные, каждый элемент должен иметь свое минимально допустимое значение коэффициента готовности, т.е.
Кт.. = е
> Кгтреб,
(3)
где Krfeñ - минимально допустимый уровень коэффициента готовности составной части (элемента) РТС.
Следует заметить, что г-е элементы, соответствующие г-й операции КТС, вносят разный вклад в безотказность РТС как системы. Применим понятие важности элемента, описанное в работе [3]. Важность г-ro элемента Ii является мерой влияния этого элемента на вероятность безотказной работы технической системы в целом. Зная значения параметров потока отказов г-го элемента, его важность при последовательном соединении элементов можно определить по формуле [3]
h
Wi
Z^fc=1 шк
(4)
Нетрудно заметить, что 0 < ^ < 1 и ^¡[-=1 ^ — 1- Определение коэффициента готовности во время проведения ^'-го вида КТС для робототехнического средства в целом можно записать следующим образом
К — р-(ш1+ш2+-----Ъзд> т^треб (г\
тртс — —— тг * V /
Минимальное значение коэффициента готовности РТС в целом определяется нормативно установленным значением коэффициента технической готовности Ктгвб [4].
Прологарифмируем (по основанию е) левую и правую части уравнения (3) и (5), получим
ln e-UiZJ > ln К?реб,
(6)
1п е
^ > 1п ^треб. ^
В результате получим
-с*г, > 1п КгтРеб, (8)
-(^1 + ш2 + ■ ■ ■ + > 1п^греб. (9)
Разделим левую и правую части уравнения (8) на левую и правую части уравнения (9) соответственно
-ш^г
г^З
-(^1 + Ш2 +-----+ им
получим _-Щ_ _
-(^1 + Ш2 +-----+ Шм)
1п
1п _/^<р р
1п ^тРеб
(10)
1п К,
треб '
(11)
Левую часть уравнения (11) можно заменить на показатель важности г-го элемента РТС в соответствии с уравнением (4), тогда
1п КгТб
1п К,
треб '
(12)
Выразим ^ггреб из уравнения (12)
1п— и ■ 1п ^греб. (13)
Проведем потенцирование уравнения (13) с основанием е
е1п — IV 1п К^е6
После преобразования получим:
^треб _ (^п КГ6)Ь — (К^66)^.
(14)
(15)
В качестве экономических показателей процесса КТС элемента РТС выберем затраты на поддержание работоспособного состояния и потери, вызванными нахождением элемента РТС в неработоспособном состоянии в течение некоторого времени.
В качестве показателя затрат на КТС г-го элемента РТС во время эксплуатации выбрана стоимость затрат на выполнение плановых
операций КТС с периодичностью устранение отказов и повреждений и материальных средств, потраченных на проведение КТС элемента РТС за один год эксплуатации С., которая определяется по формуле [5]
Сз ц — ^кт Сц + см
(16)
где Сктс,^ - стоимость трудоемкости операций КТС и восстановления в случае, отказа г-го элемента РТС за один год эксплуатации, руб.;
^мс^ ~ стоимость материальных средств потраченных на проведение КТС ьго элемента РТС в год, руб.
Стоимости трудоемкости операций КТС и устранения отказов и повреждений являются частными показателями системы КТС и отражают финансовые затраты на поддержание элемента РТС в работоспособном состоянии на всем протяжении эксплуатации.
Стоимость трудоемкости операций КТС г-го элемента РТС за один год эксплуатации при периодичности КТС определяется по формуле:
^КТСг] —
^КТСг? (^ЭКСП) ^ Ск
т
чкгп
(17)
где С^та """"" стоимость трудоемкости КТС ¿-го элемента РТС во время эксплуатации, руб.;
^ктсгт №ксп) _ количество операций КТС
()
при периодичности ед.
Согласно [6] трудоемкость операции КТС тктС{ г-го элемента определяется по формуле:
ТктсI — ТктX n,
(18)
где ТкТС4 - продолжительность операции КТС г-го элемента, ч.;
п - число специалистов, участвующих в выполнении операции, чел.
Соответственно, для вычисления стоимости трудоемкости КТС, зная стоимость одного часа оплаты труда одного специалиста, получим следующее выражение
^ктг„- — Тк
хСп
(19)
где Сот - стоимость одного часа оплаты труда одного специалиста, руб.
г]
Подставляя выражение (20) в формулу (18), получим
- ^ктсгт(ТШСп) х ТКТС1 х п х Сот
^ктс ^ — .
± эксп
Очевидно, что стоимость трудоемкости операции КТС г-го элемента РТС во время эксплуатации в первую очередь будет зависеть от периодичности проведения КТС х^.
Стоимость материальных средств, потраченных на проведение КТС элемента РТС, определяются, с учетом требований [7; 8], по формуле
Смг-. — Сг,
+ С3
(21)
гсм^' _ стоимость, различных видов го-
где С,
рючего и смазочных материалов, использованных при проведении КТС г-го элемента с периодичностью Zj, руб.;
СЗЧ1. - стоимость запасных частей, использованных при проведении КТС г-го элемента с периодичностью х^, руб. Каждый из вышеперечисленных показателей определяется по типовой формуле
Сь..
— _ Кгт
К; 3
(22)
где стоимость к-й составляющей (т.е.
различных видов горючего и смазочных материалов, запасных частей) для г-го элемента при периодичности КТС х^ за один год, руб.;
Сь^ - стоимость к-й составляющей за весь период эксплуатации, руб.
Анализируя выражение (16), можно видеть, что стоимости трудозатрат на выполнение плановых операций КТС г-го элемента РТС за один год эксплуатации является одним из показателей системы КТС, который обладает критичностью к изменению управляющего воздействия х^. Очевидно, что увеличение частоты проведения КТС (частоты периодичности х^) элемента РТС приведет к более своевременному обнаружению отказа и повысит вероятность его достоверной идентификации, что позволит повысить коэффициент готовности Однако это повлечет за собой повышение трудозатрат, а. соответственно, и стоимости на проведение КТС, ТО и ремонта.
С другой стороны, уменьшение частоты проведения КТС (частоты периодичности х^) позволит снизить затраты на КТС, ТО и ремонт, но вызовет снижение технической готовности РТС к применению по предназначению. Это ведет к тому, что в качестве целевой функции исследования показатель С31. использовать нельзя, т.к. он не учитывает потери при нахождении элемента РТС в состоянии «скрытого» отказа и при проведении КТС с ошибкой идентификации отказа.
В качестве стоимости потерь Сщ. при реализации процесса эксплуатации г-го элемента выбрана сумма стоимости затрат на выполнение плановых операций КТС с периодичностью гу в случае не обнаружения отказа и «штрафов» за время нахождения элемента РТС в неработоспособном состоянии в течение года, которая определяется по формуле
С„ = С' + Си
3 ^КТГ;; I ^П
(23)
где С'тс.т. - стоимость трудоемкости операций КТС г-го элемента РТС за один год эксплуатации с периодичностью х^ при выполнении которых допущены ошибки при идентификации отказа, руб.;
Сш- количество потерь («штрафов») за время нахождения элемента в неработоспособном состоянии при периодичности КТС х^ в течение года, выраженное в стоимости трудоемкости, руб.
Величины Си Ст■. являются частны-
г т г 3
ми показателями процесса эксплуатации РТС и позволяют учесть «лишние» затраты, вызванные нерациональной стратегией КТС и недостаточной обеспеченностью робототехни-ческих подразделений средствами КТС.
Стоимость трудоемкости операций КТС г-го элемента РТС за один год эксплуатации, при выполнении которых допущены ошибки при идентификации отказа, определяется по формуле
С'^. — (1 - Д(И)) х Ск
(24)
В выражении (24) величина (1 — Р^ (И)) характеризует долю операций КТС г-го элемента РТС, при выполнении которых допущена ошибка при идентификации отказа, вследствие чего выполненная операция КТС является «напрасной» и стоимость этой операции войдет в потери при эксплуатации.
3
3
3
3
В качестве «штрафа» за неработоспособное состояние элемента РТС во время эксплуатации принимаем стоимость одного дня эксплуатации РТС Сшан увеличенную в А раз и умноженную на время пребывания г-го элемента РТС в неработоспособном состоянии при периодичности КТС Ху Показатель Сш^ определяется по формуле
Сш = А х Сэксп 1 х (25)
где А - кратность увеличения трудозатрат за время пребывания элемента в неработоспособном состоянии определяется на основании [9];
^эксщ _ стоимость одного дня эксплуатации РТС;
ТИСг] ~ время пребывания г-го элемента РТС в неработоспособном состоянии при периодичности КТС х^ в течение года, дней.
Таким образом, величина стоимости трудозатрат, связанная с потерями Сп во время эксплуатации г-го элемента РТС, позволяет оценить систему КТС с точки зрения воздействия периодичности контроля технического состояния х^ на «напрасные» затраты во время эксплуатации в случаях простоя в неработоспособном состоянии или ошибках при обнаружении отказов.
На основании выбранных показателей процесса КТС г-го элемента РТС во время эксплуатации целевой функцией оценки
процесса КТС является сумма затрат на выполнение плановых операций КТС элемента РТС во время эксплуатации и стоимости потерь, вызванных процессом эксплуатации. Указанная функция будет определяться по формуле
Cij — С3; „■ + Са
(26)
где С^ - целевая функция, определяющая общие затраты на процесс КТС г-го элемента РТС во время эксплуатации при периодичности х^, руб.
Выбранные показатели процесса КТС г-го элемента РТС во время эксплуатации, позволяют на основе имеющихся статистических данных решить задачу оптимального распределения операций КТС г-го элемента РТС по видам КТС с различными периодичностями.
Таким образом, представленные технические и экономические показатели оценки процесса КТС робототехнического средства отражают основные свойства процесса эксплуатации РТС в спасательных воинских формированиях МЧС России. Выбранные показатели позволяют сформулировать и решить задачу оптимального распределения контрольно-проверочных операций по видам КТС, при котором обеспечивается требуемый уровень технической готовности РТС с минимальными затратами.
Литература
1. Оптимальные задачи надежности: [пер. с англ.] / Под ред. канд. техн. наук Ушакова И.А. - М.: Издательство стандартов, 1968. - 292 с.
2. Воскобоев В.Ф. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть I. Надежность технических систем (учебное пособие). - М.: ООО ИД «Альянс», 2008, ООО Издательство «Путь», 2008. - 200 с.
3. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход. / Пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1988. - 392 с.
4. Приказ МЧС России от 15.01.2014 г. № 12 «Об утверждении Инструкции по проверке и оценке состояния вооружения и техники в соединениях, воинских частях гражданской обороны, подведомственных МЧС России учреждениях и предприятиях».
5. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. -М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.
6. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения.
7. Приказ МЧС России от 18 сентября 2012 г. № 555 «Об организации материально-технического обеспечения системы МЧС России».
8. Приказ МЧС России от 25 ноября 2016 г. № 624 «Об утверждении Положения об организации ремонта, нормах наработки (сроках службы) до ремонта и списания техники, вооружения, агрегатов, специального оборудования и имущества в МЧС России».
9. Федеральный закон от 12.07.1999 г. № 161-ФЗ «О материальной ответственности военнослужащих».
'j
SYSTEM OF INDICATORS OF THE EVALUATION OF THE PROCESS OF CONTROL OF THE TECHNICAL CONDITION OF ROBOTOTECHNICAL MEANS OF SPECIAL PURPOSE OF RESCUE MILITARY FORMATIONS OF EMERCOM
OF RUSSIA
Dmitriy LOPATIN
Adjunct of the Department of rescue robotic tools Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: dm86631Qmail.ru
Sergey NOSKOV
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Head of Department of rescue robotic tools
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: s.noskovQamchs.ru
Anton NILOV
Deputy Head of Department engineering and technical measures radiation, chemical, biological and medical protection Krasnodar Region EMERCOM of Russia Address: 350063, Krasnodar region, Krasnodar, Mira st. 56
E-mail: nilov82Qrambler.ru
Abstract. The article presents a set of indicators for assessing the process of monitoring the technical condition of a special-purpose robotic device during operation, calculation formulas for determining the indicators and accepted restrictions. As indicators, the coefficient of readiness of the element of the robotic means of special purpose, the cost of maintaining the performance of the element of the robotic means of special purpose for one year of operation, as well as possible losses in one year of operation of the element of the robotic means. The minimum permissible value of the availability factor for each element and the order of its calculation are justified. The notion of "penalty"for being robotic in an unhealthy state.
Keywords: robotic tool, technical condition monitoring, maintenance service, robotic element, frequency.
Citation: Lopatin D.S., Noskov S.S., Nilov A.S. System of indicators of the evaluation of the process of control of the technical condition of robototechnical means of special purpose of rescue military formations of EMERCOM of Russia // Scientific and educational problems of civil protection. 2019. No. 2 (42). pp. 39-44
References
1. Optimal problems of reliability: fper.s angl.] / Under the editorship of Cand. Techn. sciences' Ushakova I.A. - M.: Publishing house of standards, 1968. - 292 p.
2. Voskoboev V.F. Reliability of technical systems and technogenic risk. Part I. Reliability of technical systems (tutorial). - M.: OOO publishing house «Alliance», 2008, limited liability company «the Path», 2008. - 200 p.
3. Beichelt F., Franken P. Reliability and maintenance. Mathematical approach. / Per. with it. - Moscow: Radio and communication, 1988. - 392 p.
4. Order of EMERCOM of Russia from 15.01.2014 year № 12 «On approval of the Instructions for checking and assessing the status of weapons and equipment in the compounds, military units of civil defense, subordinated to EMERCOM of Russia institutions and enterprises».
5. Khazov B.F., Deducev B.A. Reference for calculation of machine reliability at the design stage. - Moscow: Mechanical Engineering, 1986. - 224 p.
6. GOST 20911-89 Technical diagnostics. Terms and definitions.
7. The order of EMERCOM of Russia dated September 18, 2012 № 555 «On the organization of logistics of the EMERCOM of Russia».
8. The order of EMERCOM of Russia from 25 Nov 2016 No. 624 «About the statement of Regulations about the organization of repair, standards of practices (terms of service) to repair and write-off of equipment, weapons, units, special equipment and property in the EMERCOM of Russia».
9. Federal law of 12.07.1999 No. 161-FZ «On material liability of military personnel».
