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 21, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 

3-11 83
Аннотация

Цель. Современные фундаменты под технологическое оборудование с динамическими нагрузками часто оказываются переразмеренными с сильно завышенными показателями жесткости, массы и материалоемкости. В связи с этим сокращение затрат и сроков строительства объектов газотранспортной системы, в особенности на вечномерзлых грунтах, является актуальным для ПАО «Газпром». Одним из основных направлений решения указанной задачи является размещение газоперекачивающего оборудования на легких проветриваемых опорных конструкциях. Недостатком таких конструкций является низкая вибрационная устойчивость. Предложен способ [1] для повышения вибрационной устойчивости фундамента при вибрационной нагрузке. Целью моделирования является повышение надежности легких проветриваемых фундаментов, за счет изучения особенностей виброперемещений фундамента с присоединенными железобетонными плитами в зависимости от температурного состояния мерзлых грунтов, параметров присоединяемых плит и соединительных элементов.
Методы. Определение виброперемещений фундамента с присоединенным устройством выполнялось с использованием метода конечных элементов и усовершенствованной расчетной модели системы фундаментГПА-грунтовое основание.
Результаты. В результате проведения вычислительных экспериментов определены виброперемещения фундамента в холодное и теплое время года для случаев присоединения железобетонных плит к фундаменту: симметричного и несимметричного; на разном удалении; через соединительные элементы с разными параметрами жесткости; с дополнительными утяжелителями; вмороженных в грунт. Сделаны выводы по результатам моделирования виброперемещений фундамента с присоединенным устройством в холодное и теплое время года.
Заключение. Представленные результаты вычислительных экспериментов по повышению вибрационной устойчивости легких фундаментов за счет применения способа [1] показывают достаточно хорошие показатели уменьшения виброперемещений фундамента. Так, при симметричном присоединении четырех железобетонных плит в летний период эксплуатации уменьшение виброперемещений составляет 42,4 %, а увеличение жесткости соединителей, присоединение дополнительных грузов и вмораживание в грунт железобетонных плит позволят уменьшить виброперемещения фундамента до 2,5 раз. Вместе с тем необходимо отметить, что для практического применения полученных результатов, при разработке проектной документации и строительстве фундаментов необходимо проведение НИОКР, включающих верификацию и сравнение полученных результатов численного моделирования с натурным экспериментом.

12-19 77
Аннотация

Цель. Установить классификацию отказов железнодорожного тягового подвижного состава, обеспечивающую решение задач обоснованного определения требований надежности к железнодорожному тяговому подвижному составу как объекту железнодорожной транспортной системы, а также организации системной работы по обеспечению его надежности в течение жизненного цикла на требуемом уровне.
Методы. Произведен анализ терминологии межгосударственных стандартов в области надежности и выполнено сравнение двух классификаций, которые используются ОАО «РЖД» для оценки надежности технических средств и железнодорожного тягового подвижного состава. При исследовании надежности к объектам железнодорожной транспортной системы применяются структурно-логические и логико-вероятностные методы анализа надежности, а для участка железной дороги – теория графов и метод построения цепей Маркова.
Результаты. Анализ существующих классификаций отказов показал недостатки, которые не позволяют использовать классификации для исследований структурной надежности таких объектов железнодорожной транспортной системы, как железнодорожный тяговый подвижной состав. Разработана классификация, комбинирующая использование двух классификаций отказов («категорирования» – для перевозочного процесса и технических средств, «видов» – для тягового подвижного состава), но уже с новыми формулировками. Предлагаемая классификация видов отказов имеет более строгие формулировки условий и допущений, необходимых для оценки надежности и технического состояния объекта, позволяющие обеспечить взаимосвязь характеристик тягового подвижного состава и его надежности в течение всего жизненного цикла при решении вышеуказанных задач. Совместное использование двух классификаций пригодно для исследований структурных проблем надежности с помощью логико-вероятностных методов и марковских цепей. Разработанная классификация включена в положения проекта межгосударственного стандарта «Надежность железнодорожного тягового подвижного состава. Порядок задания, методы расчета и контроль показателей надежности в течение жизненного цикла», разработка которого выполняется АО «ВНИКТИ» по плану научно-технического развития ОАО «РЖД».
Заключение. Результаты статьи будут полезны специалистам, занимающимся оценкой надежности железнодорожного тягового подвижного состава.

20-25 98
Аннотация

В теории надежности популярным является показательное (экспоненциальное) распределение продолжительности до события или до завершения состояния. Это распределение характеризуется интенсивностью, которая является удобным параметром, используемым в математических моделях и расчетах. Показательное распределение используется при моделировании процессов в области надежности. Приведены примеры, иллюстрирующие приемлемость и целесообразность использования показательного распределения.
Цель. Целью статьи является совершенствование методов моделирования в области надежности при использовании показательного распределения продолжительности состояний или времени до событий.
Методы. Предположение о показательном распределении времени между событиями может быть обосновано или отвергнуто на основе методов теории вероятностей и/или математической статистики или на основе жизненного или инженерно-технического опыта. Экспериментально установлено, что поток отказов в устоявшемся режиме эксплуатации обладает свойствами стационарности, ординарности и отсутствия последействия. Такой поток является пуассоновским, его особенность заключается в том, что время между двумя последовательными отказами распределено по показательному закону с постоянной интенсивностью. Это показательное распределение обоснованно распространено на распределение времени безотказной работы объекта. Однако использование показательного распределения для других случаев зачастую производится без должного обоснования. Методический подход и соответствующие выводы основаны на примерах. Приведено несколько примеров, иллюстрирующих неприемлемость показательного распределения на основе жизненного опыта.
Обсуждение. Рассмотрены примеры, в которых суждение о приемлемости или неприемлемости показательного распределения может быть вынесено на основе жизненного опыта или на основе теории вероятностей. Однако о таких событиях, как завершение восстановления, продолжительность периодического контроля, продолжительность технического обслуживания и т.п., смысловое суждение о применимости показательного распределения не может быть вынесено, если отсутствует жизненный опыт, связанный с этими событиями. Закон распределения этих продолжительностей должен быть установлен статистическими методами. В статье сделана ссылка на публикации автора, в которых проведено сравнение периодичности проверок оборудования с регулярным периодом и с периодом, распределенным по показательному закону. Расчетные значения некоторых показателей сохраняются, а некоторых различаются. Имеет место двукратное расхождение между значениями коэффициента неготовности при рассмотренных способах задания периодичности проверок.
Результаты и выводы. Предложения по совершенствованию применения показательного распределения при моделировании надежности сводятся к тому, что необходимо четкое обоснование применения показательного распределения времени между различными событиями с привлечением методов теории вероятностей и математической статистики. Неизвестное распределение случайной величины нельзя заменять на показательное распределение без должного обоснования. Замену случайного времени нахождения в подмножестве состояний на случайное время, распределенное по показательному закону с постоянной интенсивностью, следует сопровождать расчетом погрешности.

26-30 63
Аннотация

Цель. Наиболее ответственным узлом железнодорожного подвижного состава является колесная пара, поскольку излом колеса или оси может иметь катастрофические последствия. Поэтому при постановке на производство скоростного вагона-платформы, предназначенного для эксплуатации со скоростями до 140 км/ч и не имеющего аналогов на сети железных дорог колеи 1520 мм, необходимо было исследовать возможность применения стандартной колесной пары для высокоскоростного движения. С целью обеспечения безопасной эксплуатации колесной пары на сети железных дорог к ней предъявляются требования, которые должны подтверждаться путем оценки параметров прочности и долговечности [1]. Оценка соответствия продукции требованиям может осуществляться с учетом стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований [1], или с применением иных документов.
Методы. В статье описаны расчетно-экспериментальные методы, которые использовались для подтверждения прочности и оценки ресурса (долговечности) в вероятностной постановке элементов колесной пары. В качестве экспериментальных данных были привлечены результаты проведенных натурных стендовых испытаний колесных пар на усталость методом кругового изгиба как наиболее приближенных к условиям их нагружения в эксплуатации, по результатам которых подтверждены пределы выносливости оси и колеса в составе колесной пары. Расчетным путем выполнен анализ напряженно-деформированного состояния колесной пары от действия монтажных и эксплуатационных нагрузок при различных режимах движения.
Результаты. Проведенные исследования подтвердили соответствие колесной пары требованиям [1–3] в части значений коэффициентов запаса сопротивления усталости и пределов выносливости, что исключает возникновение опасной ситуации при эксплуатации скоростного вагона-платформы. Проведена оценка ресурса до зарождения усталостной трещины элементов колесной пары с использованием характеристик сопротивления усталости деталей и эквивалентных амплитуд динамических напряжений от эксплуатационных нагрузок. По результатам этой оценки представляется возможным установить с принятой вероятностью разрушения назначенный срок службы оси колесной пары 32 года, что соответствует назначенному сроку службы вагона-платформы по комбинированному критерию. По данной тематике проводится актуализация нормативно-технической документации, необходимой для создания вагона-платформы для перевозки контейнеров, и разрабатывается новый ГОСТ.
Заключение. В результате выполненной оценки соответствия установлено, что колесная пара вагона-платформы соответствует требованиям безопасности [1] и обеспечивает отсутствие недопустимых рисков, связанных с причинением вреда жизни и здоровью граждан, животных и растений, окружающей среде и имуществу физических и юридических лиц при эксплуатации вагона-платформы.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЖИВУЧЕСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 

31-37 72
Аннотация

В статье рассмотрена система автоведения в составе системы управления и безопасности локомотива, средств центра слежения (контроля) бортовых и стационарных средств технического зрения. Сосредоточено внимание на зависимости безопасности и надежности этой системы от характеристик надежности составных элементов и влиянии возмущающих погодных воздействий. Сформулированы критерии опасного и защитного отказа системы, построены графовые модели состояний безопасности и надежности системы автоведения. Приведены предпосылки для применения графового Марковского метода расчета безопасности и надежности сложных систем. Это позволило определить такие ключевые показатели безопасности системы автоведения, как среднее время до опасного отказа, вероятность опасного отказа, интенсивность опасных отказов. В результате исследования установлено, что безопасность системы автоведения зависит, главным образом, от уровней надежности средств технического зрения. При этом рост интенсивности опасных отказов системы ограничен величиной половины интенсивности отказов средства технического зрения. Установлено также то, что надежность системы автоведения определяется интенсивностью отказов системы управления и безопасности локомотива и интенсивностью отказов средств технического зрения.
Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что для достижения приемлемого уровня безопасности системы автоведения следует сосредоточить усилия на дублировании средств технического зрения, достижении функциональной безопасности бортового и стационарного средств технического зрения на уровне SIL 4, а также на регулярном сравнении результатов бортового и стационарного средств технического зрения, дублировании результатов сравнения, сглаживании этих результатов в процессе движения локомотива. Кроме того, целесообразно парирование возмущающих погодных воздействий путем повышения эффективности машинного обучения программных средств технического зрения.

38-46 70
Аннотация

Цель. Целью работы является рассмотрение опыта снижения влияния человеческого фактора на ход технологических процессов, разработка структуры и математического обеспечения системы поддержки принятия решений по профилактике нарушений безопасности в работе машиниста с использованием методов машинного обучения, анализ полученных результатов.
Методы. В исследовании, представленном в статье, используются методы машинного обучения, статистического анализа и экспертного анализа. В части методов машинного обучения использовались: логистическая регрессия, случайные леса, градиентный бустинг над решающими деревьями при частотном представлении категориальных признаков, нейронные сети.
Результаты. Сформировано множество характеризующих работу машиниста показателей, которые используются в создаваемой системе. Сформулирован термин «надежность машиниста», как способность не совершать нарушения безопасности движения в течение определенного количества поездок. Реализованы и исследованы алгоритмы прогнозирования нарушений в работе машинистов, используемые для формирования групп надежности и перечня профилактических мероприятий, рекомендуемых для снижения числа нарушений безопасности в работе машиниста. В качестве меток для задачи прогнозирования нарушений безопасности были выбраны грубые нарушения с установленной виной машиниста, которые могут быть совершены в ближайшие 3, 7, 10, 20, 30, 60 дней. Анализ результатов на тестовой выборке позволил выявить, что модель, основанная на градиентном бустинге над решающими деревьями при частотном представлении категориальных признаков, показывает лучшие результаты для задачи бинарной классификации на горизонте прогнозирования 30 и 60 дней. Разработанный алгоритм дал верный прогноз: в 76% случаях при пороге 0,7 и горизонте 30 дней; в 82% случаях при пороге 0,9 и горизонте 60 дней. Перспективным направлением решения поставленной задачи является интеграция различных подходов к прогнозированию возникновения нарушений безопасности в работе машиниста. В качестве дополнительных результатов с помощью лучшей из рассмотренных модели градиентного бустинга над решающими деревьями при частотном представлении категориальных признаков определены 10 наиболее значимых показателей работы машинистов.
Заключение. Представлен обзор методов и систем оценки надежности человека и влияния человеческого фактора на безопасность транспортных систем, позволивший выбрать перспективные направления и методы решения задач прогнозного анализа работы машиниста, к которым относятся методы машинного обучения. Сформированное множество показателей работы машиниста, учитывающих динамику изменения качества работы машиниста в прошлом, позволило получить исходные данные для обучения моделей, реализованных в рамках создаваемой системы. Реализованные модели позволили агрегировать информацию о машинистах для принятия точечных и временных профилактических мероприятий, рекомендуемых для повышения надежности машиниста. Сформулированный подход по формированию профилактических мероприятий внедрен в трех депо ОАО «РЖД» в режиме опытной эксплуатации.

47-52 79
Аннотация

Цель статьи – показать, что повышение надежности электроснабжения и устойчивости электроэнергетических систем производится путем применения новых способов проверки релейной защиты и автоматики (РЗиА). Возникновение крупных каскадных аварий в электроэнергетических системах является следствием каскадного воздействия, т.е. воздействия, включающего в себя несколько последовательных воздействий различной природы. Каскадное воздействие позволяет расширить функционал при проверке РЗиА и учесть временной фактор при воздействиях различной природы.
Метод. Предложен способ проверки релейной защиты и автоматики, учитывающий каскадное воздействие, который применяется при разработке, калибровке и установке приборов защиты для работы при заранее определенных режимах с целью повышения надежности электроснабжения и сохранения устойчивости электроэнергетической системы.
Результат. Каскадное воздействие с интервалами времени не позволяет релейной защите и автоматике вывести электроэнергетическую систему из послеаварийного режима, снижая уровень динамической устойчивости до критического. Схема воздействия на релейную защиту и автоматику позволяет учесть воздействие внешней среды при проверке релейной защиты и автоматики.
Вывод. Предложенный способ каскадного воздействия при проверке релейной защиты и автоматики может быть применен при разработке, калибровке и установке защиты электроэнергетических систем и позволит повысить устойчивость электроэнергетических систем и надежность электроснабжения.

УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 

53-56 59
Аннотация

Цель. Готовность объектов транспортной инфраструктуры влияет на качество предоставляемых ОАО «РЖД» услуг железнодорожных перевозок. В то же время, это влияние может быть довольно различным в разных условиях эксплуатации транспортной инфраструктуры, на разных участках железных дорог и может приводить к разным по величине рискам ущерба для перевозочного процесса. Эти риски идентифицируют как риски потерь поездо-часов из-за отказов объектов транспортной инфраструктуры. При планировании мероприятий по управлению надежностью в условиях ограниченных ресурсов возникает необходимость адресного выявления объектов транспортной инфраструктуры, готовность которых наиболее сильно влияет на величину рисков ущерба для перевозочного процесса. Цель работы состоит в разработке метода оценки готовности на суточных интервалах времени и выявления их взаимосвязи с рисками потерь поездочасов.
Методы. В работе применены методы риск-менеджмента, теории вероятностей и математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа.
Результаты. В статье предложен способ представления показателя готовности объектов транспортной инфраструктуры ОАО «РЖД» на суточных интервалах времени в виде двухпараметрического гамма-распределения и описания его влияния на риски для перевозочного процесса регрессионной моделью.
Выводы. Полученные в статье результаты могут быть использованы при планировании мероприятий по управлению надежностью объектов транспортной инфраструктуры и адресного распределения ресурсов, а также для обоснования коэффициента надежности при оценке наличной пропускной способности участков железных дорог и коэффициента заполнения и в ряде других эксплуатационных задач.



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