Preview

Надежность

Расширенный поиск
Научно-практический рецензируемый журнал

Журнал «Надежность» издается ежеквартально с 2001 года. Журнал включен в перечень ведущих журналов и изданий высшей аттестационной комиссии (ВАК). С 2010 года журнал выпускается при поддержке ОАО «РЖД». С 2012 года издается на двух языках: русском и английском. Журнал разносторонне освещает проблемы управления структурной надежностью, функциональной надежностью, функциональной безопасностью систем, отказоустойчивостью систем, проблемы сертификации, стандартизации в области надежности, функциональной и информационной безопасности систем. Одной из часто освещаемых тем на страницах журнала являются результаты внедрения комплексной технологии управления ресурсами, рисками и надёжностью на этапах жизненного цикла (УРРАН) объектов железнодорожного транспорта

 

Текущий выпуск

Том 20, № 1 (2020)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

ОТ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА

СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

4-11 10
Аннотация

Введение. Трубопроводные транспортные системы применяются в различных отраслях промышленного производства при доставке потребителям разнообразных веществ и материалов. Если при развитии аварийной ситуации происходит последовательный переход в состояние неработоспособности случайным образом некоторого количества линейных элементов (трубопроводов), то такой сценарий развития событий называется прогрессирующим повреждением. Если в состояние неработоспособности переходят сразу несколько сходящихся в узел трубопроводов, то такой точечный элемент системы оказывается блокированным. Последовательный переход узлов системы в случайном порядке в состояние блокировки называется прогрессирующей блокировкой. Одновременное развитие в системе процессов прогрессирующего повреждения линейных элементов и блокировки транспортных узлов представляет собой смешанное повреждение. Смешанное повреждение является опасным вариантом аварийной ситуации, а его развитие приводит к быстрой деградации транспортных возможностей системы.

Целью работы является изучение особенностей и закономерностей процесса смешанного повреждения сетевых структур трубопроводных систем, а также оценка способности таких структур противостоять его развитию.

Методы исследования. Определение характеристик стойкости сетевых объектов к развитию процесса смешанного повреждения выполнялось с использованием метода имитационного компьютерного моделирования. При этом характер воздействия на систему задавался при помощи циклограммы, целочисленные параметры которой указывают на чередование процессов последовательного повреждения линейных элементов и узлов сетевой структуры.

Результаты. Установлено, что корректное сравнение стойкости различных сетевых структур к смешанному повреждению возможно только в отношении сопоставимых объектов. Для этого анализируемые системы должны иметь в своем составе одинаковое количество узлов, линейных элементов и потребителей целевого продукта. Кроме того, указанные системы должны быть подвергнуты воздействиям с одинаковой циклограммой. Показано, что соотношение стойкости сопоставимых сетевых структур не зависит от конкретного вида циклограммы смешанного повреждения, а определяется характером действующих внутрисистемных связей.

Выводы. Смешанное повреждение представляет собой опасный сценарий развития аварийной ситуации и сопровождается быстрой деградацией транспортных возможностей трубопроводных систем. Способность сетевых структур трубопроводных систем противостоять развитию процесса смешанного повреждения оценивается при помощи показателей, которые устанавливаются с использованием метода имитационного моделирования. Корректное сравнение стойкости к смешанному повреждению различных структур возможно только в случае их сопоставимости. Для этого они должны иметь в своем составе одинаковое количество узлов, линейных элементов и потребителей продукта. Кроме того, такие системы должны быть подвергнуты процедуре повреждения с одинаковой циклограммой. Соотношение стойкости сетевых структур удовлетворяющих условиям сопоставимости не зависит от принятой циклограммы повреждения, а определяется имеющимся набором внутрисистемных связей.

12-19 10
Аннотация

Цель работы – повышение эффективности оценок показателей надежности для плана испытаний с добавлением: вероятности безотказной работы и средней наработки до отказа. Исходя из экономических соображений, для определительных испытаний на надежность высоконадежных, дорогостоящих изделий выставляют минимум изделий, планируя получить безотказные испытания или испытания с одним отказом, тем самым минимизируя количество испытуемых изделий. Наиболее интересен последний случай. Выбирая конкретные величины приемочного числа Q и количества испытуемых изделий, испытатель делает предварительную оценку показателя надежности, а выбирая Q = 1, испытатель минимизирует риски от возникновения маловероятного случайного отказа. Однако с ростом величины Q растет и количество испытуемых изделий, что делает испытания дорогостоящими. Поэтому сокращение количества изделий при испытаниях на надежность является проблемой номер один и, в связи с этим, потребность в экономичном плане испытаний с добавлением возрастает. Будем рассматривать биномиальные испытания (первоначальная выборка) с добавлением одного изделия (дополнительная выборка) на испытания при отказе любого из первоначально выставленных испытуемых изделий. Испытания заканчиваются, когда заканчиваются испытания всех выставленных изделий с любым исходом (в первичной и дополнительной выборках). Здесь и далее имеется в виду, что время испытаний одно и то же для всех изделий. Испытания с приемочным числом отказов больше нуля (Q > 0), проводимые по схеме испытаний с добавлением, позволяют сократить число испытуемых изделий за счет успешно проведенных испытаний на первоначальной выборке.

Методы. В основе поиска эффективных оценок лежит интегральный подход сформулированный во многих работах. В основе интегрального подхода лежит построение правила выбора эффективной оценки (τ;k,m), заданного на сумме значений абсолютных (или относительных) смещений оценок (n,k,m) , выбранных из некоторого множества, от параметра закона распределения, где n – количество изделий, первоначально выставленных на испытания. Критерий выбора эффективной оценки вероятности отказа (или ВБР) на множестве оценок (τ;n;k,m), основан на суммарном квадрате абсолютных (или относительных) смещений математического ожидания оценок от вероятности отказа p для всех возможных значений p, n.

Выводы. Проведено исследование оценок вероятности безотказной работы для плана испытаний с добавлением. Для варианта n > 3 оценки и составная оценка являются более эффективными в сравнении с оценкой . Составную оценку вероятности безотказной работы следует использовать для безотказных испытаний. Для варианта n > 3 испытания с приемочным числом отказов больше нуля (Q > 0), проводимые по схеме испытаний с добавлением, позволяют сократить число испытуемых изделий за счет успешно проведенных испытаний на первоначальной выборке. Составная оценка средней наработки до отказа является эффективной по смещению среди предложенных оценок средней наработки до отказа. Полученные составные оценки и имеют направленность практического применения для безотказных испытаний, проводимых по плану испытаний с добавлением.

20-24 8
Аннотация

Нагрузки, действующие на конструкции, а также механические и геометрические параметры конструкций, являются случайными величинами. Поэтому надежность строительного объекта (технической системы) в общем смысле оценивается вероятностью безотказной работы в течение расчетного срока эксплуатации. Показана возможность анализа надежности строительных систем при их проектировании с помощью логико-вероятностных методов, приведены алгоритмы регулирования их надежности. Рассмотрена возможность обеспечения надежности строительного объекта на примере двухпролетной неразрезной шарнирной балки. При этом установлена необходимость учета всех возможных схем разрушения строительной системы. Надежность двухпролетной неразрезной шарнирной балки оценивается вероятностью того, что не реализуется ни одна из возможных схем разрушения или образования одного из множества вариантов кинематического механизма. Кинематический механизм образует цепь пластических шарниров или цепь прогрессирующих разрушений расчетных сечений. То есть, задача недопущения прогрессирующего обрушения сводится к обеспечению требуемой надежности как всего сооружения, так и отдельных его элементов (расчетных сечений) путем варьирования качественными и количественными составляющими структуры надежности. Под надежностью элемента понимается его способность сохранять внутренние усилия в расчетном сечении не меньше внешних усилий. Показано, что правильные конструктивные решения, рациональный выбор материалов и обеспеченностей нагрузок позволяют добиться заданной надежности строительной системы. Это приводит в одних случаях к экономии материалов, в других – к уменьшению вероятности отказов. Построение структуры надежности технической системы позволяет количественно оценить наиболее опасные расчетные схемы разрушения, рациональным образом регулировать выбор запасов прочности несущих элементов, перераспределять эти запасы между ними и в результате не допускать прогрессирующего обрушения. Введенные дифференциальные характеристики элементов «вес», «значимость», «вклад» и «удельный вклад» позволяют наглядно увидеть распределение роли всех элементов на заданной структуре при решении конкретных задач, включая учет возможности прогрессирующего обрушения. Исследование показало, что изъятие ненадежных вертикальных несущих конструкций не решает проблему надежности строительного объекта, в том числе и защиту от прогрессирующего обрушения. Установлено, что при проектировании сооружений, в том числе и от прогрессирующего обрушения, обязательно необходимо на основе кинематического анализа построить структуру надежности системы, выявить наиболее важные и значимые элементы этой структуры и специальными приемами регулирования добиться требуемой надежности сооружения. Это позволит добиться существенной экономии ресурсов и снижения затрат по разработке конструктивных мероприятий.

25-31 11
Аннотация

Исторически службы надежности стали появляться внутри конструкторских подразделений предприятий. Инженер-конструктор имел свое представление о контроле качества выпускаемой продукции. Он понимал, что наличие ошибок и недоработок изделия может привести к катастрофическим последствиям [1], так как первоначальными областями применения теории надежности были авиационная и космическая промышленности. Параллельно с подразделением надежности развивалась служба качества и технического контроля, основными задачами которой является организация и проведение приемо-сдаточных испытаний, проведение входного контроля и предотвращение выпуска продукции, не соответствующей требованиям технической документации. На определенном этапе возник конфликт между двумя направлениями, что привело к взаимному непониманию ответственности и дезорганизации контроля за надежностью продукции. В результате, как пример, на одних предприятиях служба надежности объединена со службой качества, на других подчинена – конструкторскому бюро. Помимо этого, при оценке эксплуатационной надежности необходимо иметь постоянную и достоверную информацию об уровне безотказности и ремонтопригодности оборудования. Качество этой информации зависит от взаимодействия службы надежности и сервисной службы. Последняя должна составлять акты ремонта изделий с указанием времени восстановления и наработки изделия и в максимально короткие сроки предоставлять эти данные для расчета надежности. Таким образом, возникают следующие вопросы: какие работы должна проводить служба надежности, кто и кому должен подчиняться, кто является владельцем процессов, связанных с оценкой параметров надежности? Важным моментом является понимание, с какой целью организуется группа надежности на производстве, какими полномочиями наделены сотрудники такого подразделения, какой результат хочет видеть руководство. Присутствует проблема формализации полученных результатов исследований. На данный момент нет единого подхода в оформлении расчетов, составлении протоколов надежностного анализа. Результаты проведенных исследований должны быть разосланы всем заинтересованным подразделениям предприятия, поэтому требуется доступная форма представления информации. Следует обратить особое внимание на подготовку кадров в направлении надежности технических систем. С каждым годом изделия усложняются, разрабатываются новые технологии, и заявленные в советские годы подходы к расчету и анализу надежности не всегда дают удовлетворительный результат. И это неудивительно, так как значимость применения достоверных и методологически обоснованных методов оценки надежности очень занижена. Это обусловливается тем, что достаточно часто можно встретить мнение, что основой теории надежности является подход, основанный на исследовании физических, конструктивных причин отказов, физико-химических процессов и т.д., подразумевая под этим, что инженер по надежности – в первую очередь инженер-конструктор или инженер-технолог. Однако не стоит забывать, что общая теория надежности подразделяется на математическую (математические методы теории вероятностей), статистическую (методы математической статистики) и физическую (исследование изменения свойств материалов). Следовательно, в службе надежности необходимо осуществлять анализ, основанный на грамотном применении математического аппарата помимо деятельности, направленной на исследование конструкции изделия. Требуются новые предложения и концепции для развития данного направления, в том числе и в образовательной среде.

Цель. Предложить подход в организации службы надежности на современном машиностроительном предприятии с учетом современных методик и представлений об анализе надежности на всех этапах жизненного цикла изделия.

Выводы. Предложена организационная структура подразделения надежности предприятия транспортного машиностроения. Рассмотрена взаимосвязь службы надежности с другими подразделениями предприятия. Выделен ряд факторов, влияющих на эффективную работу службы надежности.

32-38 12
Аннотация

Описываются принципы построения комплекса имитационных программ (КИП) «ДИАЛОГ», предназначенного для расчета показателей надежности радиоэлектронных систем (РЭС) произвольной конфигурации, а также для решения вопросов, связанных с обеспечением надежности функционирования РЭС. В КИП «ДИАЛОГ» используется специально разработанная технология «ДИАЛОГ-СИНТЕЗ», позволяющая автоматически синтезировать событийные имитационные модели в виде программ на выбранном языке программирования. Исходными данными для синтеза в КИП «ДИАЛОГ» служат следующие сведения: состав системы в виде комбинации условных блоков; критерии возникновения событий отказов и ремонтов; параметры случайных величин (отказы элементов системы в различных режимах эксплуатации, запросы к ЗИП и т. д.); этапы работы системы и виды ремонтов; перечень рассчитываемых показателей. Для получения необходимых показателей имитационные модели проходят статистические испытания при измененных значениях случайных величин в каждом новом испытании. На основании накопленных результатов по всем прошедшим испытаниям выполняются расчеты необходимых показателей. КИП «ДИАЛОГ» состоит из четырех составных частей: «ДИАЛОГ-НРС» предназначена для расчета показателей надежности неремонтопригодных резервированных систем; «ДИАЛОГ-РРС» предназначена для расчета показателей надежности ремонтопригодных резервированных систем, а также количества и стоимости гарантийных ремонтов; «ДИАЛОГ-ЗИП-НС» предназначена для расчета комплектов ЗИП для простых нерезервированных систем; «ДИАЛОГ-ЗИП-РС» предназначена для расчета комплектов ЗИП, работающих с любыми резервированными системами. Расчет комплектов ЗИП производится обычно по типовым методикам, описанным в нормативных документах. При решении прямой задачи расчета оптимального комплекта ЗИП в качестве исходных данных используют требуемое значение одного из двух показателей достаточности (ПД) ЗИП и вид затрат, которые требуется оптимизировать (минимизировать) при достижении заданных значений ПД. При решении обратной задачи расчета оптимального комплекта ЗИП требуется обеспечить заданные затраты на начальные запасы в ЗИП. В качестве ПД запасов в комплекте ЗИП используют среднее время задержки в удовлетворении заявок на запасные части (ЗЧ) комплектом ЗИП Δtз.ЗИП и коэффициент готовности ЗИП Кг.ЗИП. Оптимизация комплекта ЗИП с помощью КИП «ДИАЛОГ-ЗИП» позволяет увеличить возможности пользователя за счет следующих дополнительных характеристик: учет отказов ЗЧ, входящих в состав комплекта ЗИП; оптимизация количества ЗЧ и учет конкретных особенностей при экстренной доставке (ЭД) ЗЧ; возможность использования изделий с любыми видами резервирования; при работе с групповым комплектом ЗИП-Г возможность включения в состав РЭС изделий с разными структурами. Приведена структурная схема взаимодействия программ КИП «ДИАЛОГ-ЗИП» между собой, которая предусматривает три режима работы имитационной модели: расчет ПД для конкретного состава ЗИП; расчет предварительных запасов комплекта ЗИП перед началом процесса оптимизации; расчет оптимального комплекта ЗИП. Рассмотрены вопросы выбора необходимого числа и продолжительности испытаний имитационной модели.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ НАДЕЖНОСТЬ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЖИВУЧЕСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

39-46 10
Аннотация

Цель. В данной работе рассмотрена проблема надежности действующего в настоящее время в гражданской авиации профессионального психологического отбора с точки зрения его унифицированной пригодности для лиц мужского и женского пола. Ставилась задача оценить некоторые профессионально важные качества у мужчин и женщин, уже успешно прошедших профессиональный психологический отбор при поступлении в авиационное учебное заведение, и определить наличие или отсутствие различий между полученными результатами. С этой целью было проведено исследование, в котором приняли участие 60 студентов-диспетчеров третьего курса Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации (35 мужчин и 25 женщин).

Методы. В качестве психодиагностических методик были использованы разработанные в ВМА им. Кирова опросники «Прогноз-1» и «Прогноз-2» для оценки нервно-психической устойчивости, тест Г.Ю. Айзенка (H.J. Eysenck) для определения уровня развития интеллекта, опросник А. Басса и А. Дарки (A. Buss & A. Durkee) для диагностики состояния агрессии. Использованы также данные более ранних исследований, проведенных авторами. Для статистической обработки результатов были применены методы корреляционного анализа и критерий согласия Пирсона (χ2).

Результаты. Анализ результатов психодиагностического обследования показал, что достоверных различий по уровню развития интеллекта мужчин и женщин в обследованной группе не выявлено. В целом уровень интеллекта участников исследования достаточно высок (средний IQ мужчин – 121,17, а женщин – 123,04). Оценка нервно-психической устойчивости обследованной группы, выполненная на основе двух различных модификаций опросника «Прогноз», также не выявила достоверных различий между мужчинами и женщинами (нервно-психическая устойчивость женщин несколько ниже, чем у мужчин, но выявленная разница явно непринципиальна). Однако и среди мужчин (1 чел.), и среди женщин (1 чел.) были выявлены представители, для которых прогноз по обеим диагностическим методикам оказался «неблагоприятным». Достоверные различия между обследованными мужчинами и женщинами выявлены по склонности к физической агрессии (тест A. Buss & A. Durkee).

Выводы. По результатам использованных в работе психодиагностических методик принципиальных различий по половому признаку не выявлено. Исключение – это склонность к физической агрессии. У женщин данный показатель явно ниже, хотя девушки с высокой агрессивностью тоже наличествуют. Основная масса участников эксперимента показала хорошую нервно-психическую устойчивость и достаточно высокий уровень развития интеллекта. И хотя в обследованной группе достоверных различий по IQ нет (и есть основания считать, что чем больше обследованная группа, тем меньше достоверных различий между мужчинами и женщинами по уровню развития интеллекта), однако тенденция, что у женщин-авиаспециалистов IQ в целом выше, просматривается. Необходимо продолжить данные исследования, расширяя спектр оценочных методик, в том числе и за счет альтернативных подходов, не использующих тесты типа «личностный опросник», а также параллельно провести оценку выраженности психологических профессионально важных качеств авиационных специалистов, но не по критерию половой принадлежности, а в соответствии с идентифицируемым гендерным типом личности кандидатов.

БЕЗОПАСНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

47-56 9
Аннотация

Цель. Целью статьи является проведение сопоставительной оценки двух базовых подходов к обеспечению конструкционной прочности и безопасности потенциально опасных объектов: детерминистического, основанного на обеспечении нормативных значений запасов прочности по основным механизмам достижения предельных состояний, и вероятностного, при котором критерием выполнения условий прочности является непревышение расчетными значениями вероятности разрушения по различным модам разрушения нормативных предельно допустимых значений.

Методы. Ключевой проблемой при обеспечения конструкционной прочности является высокий уровень неопределенностей, которые принято разделять на два типа: (1) неопределенности, обусловленные естественной вариативностью параметров, определяющих несущую способность системы и действующие на нее нагрузки, и (2) неопределенности, связанные с человеком (ограниченность человеческих знаний о системе и возможность совершения человеком ошибок на различных этапах цикла эксплуатации системы). Методы компенсации неопределенностей зависят от используемого подхода к обеспечению прочности: при детерминистическом подходе случайные переменные «нагрузка» и «несущая способность» заменяются на детерминированные величины – их математические ожидания, а выполнение условия прочности с учетом неопределенностей обеспечивается путем введения условия, что отношение математических ожиданий несущей способности и прочности должно превышать нормативную величину запаса прочности, который, в свою очередь, должен быть больше единицы. В рамках вероятностного подхода конструкционная прочность считается обеспеченной, если расчетная вероятность разрушения по рассматриваемому механизму достижения предельного состояния не превосходит нормативно установленного значения вероятности разрушения.

Выводы. Говорить об эквивалентности двух (детерминистического и вероятностного) подходов можно лишь в определенных частных случаях. Недостатком обоих подходов является их ограниченные возможности по компенсации неопределенностей второго типа, определяемых действием человеческого фактора, а также отсутствие корректной процедуры учета тяжести последствий, наступающих в случае достижения предельного состояния. Указанные недостатки могут быть преодолены путем привлечения к решению задачи по обеспечению конструкционной прочности и безопасности методического инструментария теории рисков, который позволяет включить в рассмотрение неопределенности второго типа и в явном виде учитывать критичность последствий, наступающих при разрушениях на объекте.

УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

57-67 12
Аннотация

Цель статьи – показать, что риск для объектов критически важной инфраструктуры (ОКВИ) структурно-сложных систем (ССС) следует рассматривать как многокомпонентный вектор, набор параметров которого может меняться. Реальная оценка уровня безопасности на основе использования риск-ориентированного подхода невозможна без достаточно информативной базы относительно количественных и качественных характеристик факторов рисков и, с другой стороны, данных о состоянии объектов и технологического процессов на них, которые испытывают влияние этих факторов риска. Оценка риска всегда имеет целью определение его количественных показателей, что дает возможность использования ее не только для оценки состояния промышленной безопасности, но и для обоснования экономической эффективности мероприятий, экономических расчетов необходимого возмещения или компенсаций потерянного здоровья рабочим и окружающей среде.

Метод. Предложен метод синтеза рисков (с использованием игровой постановки задачи противодействия возможным внешним воздействиям различной природы на ОКВИ ССС) как основы создания современных систем мониторинга угроз безопасности функционирования ССС. Особое внимание необходимо уделить влиянию факторов риска на систему сбалансированных показателей безопасности и рисков, поскольку прогнозирование по единичным показателям не дает целостной картины тенденций развития и состояния системы.

Результат. Сформулированы ключевые методологические положения: от общей постановки задачи управления безопасностью через синтез модели управляемого объекта и его внешних и внутренних связей, решение проблемы выбора приоритетных объектов защиты с точки зрения обеспечения эффективности функционирования и общей безопасности ССС. В качестве основы современных систем мониторинга угроз и рисков безопасности предложена концепция управления рисками, направленная на формирование механизмов, методов и инструментов синтеза, анализа и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций.

Вывод. Предложенный метод может быть применен для широкого круга задач первичного анализа, синтеза и количественной оценки рисков ОКВИ и управления безопасностью ССС различного назначения.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.