Preview

Надежность

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
Том 18, № 2 (2018)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)
https://doi.org/10.21683/1729-2646-2018-18-2

СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

3-9 261
Аннотация

 Цель. Статья посвящена исследованию свойств моделей процессов неполного восстановления Кижима-Сумиты. Эти процессы обобщают обычные процессы восстановления и неоднородные пуассоновские процессы. Обладая возможностью достаточно простого моделирования неполного восстановления, эти модели позволяют рассчитывать показатели надежности технических систем, близких к реальным. Полное, минимальное восстановление, ситуация «хуже, чем было перед отказом» моделируются выбором единственного параметра q, по сути, характеризующего неполноту восстановления. Статья является продолжением работы [1], в ней проводятся исследования в том предположении, что наработка до первого отказа имеет широко применяемое в теории надежности распределение Вейбулла. Модели процессов неполного восстановления Кижима-Сумиты появились достаточно недавно и их свойства в основном малоизучены. В работе [1], в частности, получено численное решение для ведущей функции потока (функции восстановления) первой модели процесса Кижима, представленной в виде функционального ряда. Целью данной работы является вывод интегрального уравнения восстановления, связывающего параметр потока отказов (или функцию восстановления) с распределением первой наработки. Кроме этого приведены некоторые аналитические решения для частных случаев, а также предложен способ численного решения полученных уравнений восстановления. Проанализировано влияние коэффициента неполноты восстановления на характеристики потока отказов модели Кижима. Выявлено интересное свойство процессов Кижима с убывающей функцией интенсивности первой наработки. Вопреки ожиданию увеличение неполноты восстановления в этом случае приводит уменьшению интенсивности отказов. 

Методы. Для выполнения расчетов применялся язык программирования R и различные численные методы нахождения интегралов и решения интегральных уравнений, в частности, метод трапеций с неравномерной сеткой и метод конечных сумм (МКС). 

Выводы. В статье выводится уравнение восстановления для процесса неполного восстановления Кижима. Получены некоторые аналитические решения, демонстрирующие, что обычный процесс восстановления и неоднородный пуассоновский процесс являются частными случаями процессов Кижима. Приведены результаты численных решений для вейбулловского распределения первой наработки.

 

10-16 127
Аннотация

В настоящее время надежность машины рассматривается в целом в процессе ее эксплуатации и ремонта, а нормативно-техническая документация ГОСТ 27.0022015, а также справочная и научно-техническая литература не дают четких математических определений показателей надежности первичных неделимых элементов-деталей. В то же время, в основе параметрической надежности машины лежит парадигма оценки показателей надежности за весь период ее эксплуатации, начиная с этапов ее производства до реализации своего ресурса с учетом возможности проведения ремонтных воздействия. 

Цель. В связи с этим целью работы является оценка влияния единичных показателей надежности на комплексный Кн (коэффициент сохранения эффективности) на стадиях изготовления и восстановления деталей машины.

Методы. В основе работы лежит математический прием определения линейной зависимости комплексного показателя от единичных, который предусматривает определение комплексного показателя, когда исследуемый единичный показатель изменяет свою величину от базового (первого) уровня до верхнего (четвертого) уровня, а все остальные единичные показатели находятся на базовых уровнях, что исключает взаимосвязь исследуемого единичного показателя с остальными при вычислении комплексного показателя.

Результаты. Выполненные расчеты показывают, что оптимальным вариантом повышения Княвляется повышение единичных показателей в соответствии с их приоритетами; так, при совместном повышении на стадиях изготовления и восстановления только три единичных показателя, в частном случае, обеспечивают повышение комплексного на 75 %.

 Выводы. Предложено по значению показателя безотказности первоначально установленной детали машины дифференцировать детали в составе машины на три группы: определяющие наработку машины до списания (КБ1>1; определяющие ресурс машины (КБ1=1); определяющие безотказность машины (КБ1<1). Определение показателей надежности деталей каждой группы базируется на регламентирующем документе ГОСТ 27.002-2015, но каждая группа имеет свои особенности и специфику, которая должна учитываться при разработке функционально-математических определений показателей надежности деталей относительно надежности машины в целом. Для деталей третьей группы разработаны функционально-математические определения показателей надежности и установлены зависимости и приоритеты единичных показателей на повышение комплексного показателя. На конкретном примере произведен расчет экономической целесообразности повышения комплексного показателя, при этом установлено, что наиболее перспективным является совместное повышение комплексного показателя на стадиях изготовления и восстановления обеспечивающее снижение затрат более, чем в два раза, а рентабельность достигает 61 %.


ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

17-24 235
Аннотация

Цель. В статье анализируется свойство функциональной живучести структурно-сложных технических систем. Данный подход является развитием парадигмы структурной живучести, когда критерий отказа системы и/или элемента является бинарным. В работе показывается, что при широком разнообразии вероятностных сценариев неблагоприятного воздействия (НВ) на систему, выделяется инвариантное модельное ядро, отвечающее за интерпретацию функциональной избыточности. И вопрос состоит в том, чтобы за допустимое вычислительное время определить долю сохранившихся работоспособных состояний, когда фиксированное число «u» элементов выходит из строя по результатам НВ. Тогда анализ закона живучести проводится на стыке анализа функциональной избыточности и вероятностных моделей НВ произвольно широкого класса. 

Методы. Техническая система рассматривается как управляемая кибернетическая система, которой приданы специализированные средства обеспечения живучести (СОЖ). В анализе живучести систем использованы логико-вероятностные методы и результаты комбинаторной теории случайных размещений. Предполагается: а) НВ являются точечными и однократными (за одно воздействие поражается ровно один элемент); б) каждый элемент системы обладает бинарной логикой (работоспособность – отказ) и нулевой стойкостью, то есть гарантированно поражается за одно воздействие. В последующем данное допущение обобщается на случай r-кратного НВ и L-стойких элементов. 

Результаты. Воспроизведены различные варианты законов поражения и функций живучести технических систем. Выявлено, что в основе этих распределений лежат простые и обобщенные числа Моргана, а также числа Стирлинга второго рода, которые могут быть восстановлены на основе простейших рекуррентных соотношений. Если допущения математической модели обобщаются на случай n r-кратных НВ и L-стойких элементов, то обобщенные числа Моргана, участвующие в оценке закона поражения, определяются на основе теории случайных размещений, в ходе n-кратного дифференцирования производящего полинома. В этом случае установить рекуррентное соотношение между обобщенными числами Моргана не представляется возможным. Показано, что при однородных допущениях к модели живучести (равностойкие элементы системы, равновероятные НВ) в ядре соотношений для функции живучести системы, вне зависимости от закона поражения, находится вектор функциональной избыточности F(u, e), где u – число пораженных элементов, – критерий предельной эффективности системы, ниже которого диагностируется ее функциональный отказ, F(u, e) – число работоспособных по e-критерию состояний технической системы при u отказах (поражений) ее элементов. 

Выводы: точечные модели живучести являются превосходным инструментом для экспресс-анализа структурно-сложных систем и для получения приближенных оценок функций живучести. Простейшие допущения структурной живучести могут быть обобщены на случай, когда логика работоспособности системы не является бинарной, но обусловливается уровнем эффективности функционирования системы. В этом случае надо говорить о функциональной живучести. Вычислительная трудность PNP задачи оценки живучести не позволяет решать ее путем простейшего перебора состояний технической системы и вариантов НВ, необходимо искать пути отхода от полного перебора, в том числе за счет преобразования функции работоспособности системы и ее декомпозиции, с помощью обобщенных логико-вероятностных методов.

25-30 117
Аннотация

Выполнена разработка теоретических моделей надежности летного экипажа гражданской авиации (ГА) на основании применения ресурсного метода проектирования организационных социальных объектов. Поставлена задача предметного описания деятельности летного экипажа. Составлены формальные модели состава экипажа. Представлены определения надежности представителей интенсивных профессий на примере экипажа ГА. Конкурентная среда открытого мирового рынка воздушных перевозок активно направлена против нормативного регулирования и стандартизации деятельности авиапредприятий и главного объекта авиации пилота и летного экипажа ГА. Авиакатастрофы последних десятилетий выявляют основные причины – дефицит профессиональных свойств пилотов и перегрузки состояний экипажей, в условиях которых совершаются полеты ГА. Данная ситуация создана не только коммерческим прессингом, но и критическим недостатком научно обоснованных методов управления летной эксплуатацией в части человеческой компоненты. В настоящей работе выполнена разработка теоретических моделей надежности летного экипажа на основании положений классической логики и ресурсного метода проектирования организационных социальных объектов транспортного комплекса (авиапредприятия). Содержание проблемы. По известной литературе до сих пор отсутствует теоретическое содержание, формальные модели, пригодные для целей вычисления и управления надежностью деятельности. Ресурсы экипажа исследуются в понятиях надежности и эффективности. Под надежностью экипажа в самом общем виде понимается совокупность надежностей членов экипажа для выполнения задачи назначения. Надежность зависит от состава специальностей и индивидуальных квалификаций членов экипажей. Эффективность является результатом трех компонент: коммуникации, решения, делегирование. Данные взаимодействия делятся на формальные и неформальные. Научное обоснование и определение параметров назначения экипажа в оцениваемых параметрах надежности и эффективности является решением задачи. Формализация задачи. Для формализации задачи предметного описания деятельности летного экипажа возможно рассмотрение экипажа как класс индивидов. В логике классов (множеств) используется классообразующий оператор К – «класс», предикат включения индивидов в класс Î – двуместный предикат, предикат включения класса в класс. Для существования класса достаточно образовать его из области значения термина t. Принципы формирования класса постулируются аксиомами: Каждый элемент класса может быть выбран независимо от образования класса – принцип независимости. Класс индивидов существует (не существует), если он образован (не образован) в соответствии с определением образования класса и аксиомами формирования. Последующее изложение задачи необходимо направлять в детализации, частных решениях для разработки моделей, пригодных для вычисления и управления летной эксплуатацией. Таким образом, разработка теоретического содержания состава и объема экипажа является актуальной задачей и возможна на основе классической логики, теории организационного управления, теории информации.

БЕЗОПАСНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

31-37 136
Аннотация

На железнодорожном транспорте встречается целый спектр различных транспортных происшествий как связанных с подвижным составом: столкновение подвижного состава с другим подвижным составом, сход подвижного состава, излом литых деталей тележек вагонов и другие – так и связанных с железнодорожной инфраструктурой: излом рельса, пожары на железнодорожных станциях и вокзалах, обрыв контактного провода и т. п. Среди вышеперечисленных происшествий и прочих столкновения на железнодорожных переездах весьма резонансны: при столкновении поезда с автотранспортом часто гибнет большое количество людей, а сообщения о происшествиях публикуются в федеральных СМИ, что приводит к большим репутационным потерям ОАО «РЖД». Кроме того, нередки случаи, когда при столкновении происходит сход единиц подвижного состава, что может привести как к гибели людей, так и к масштабной экологической катастрофе, если в вагонах перевозятся опасные химические грузы. Кроме репутационного ущерба, столкновения на железнодорожных переездах приводят к большим финансовым затратам на восстановление поврежденной инфраструктуры и подвижного состава, а также к ущербам от простоя поездов, связанным с работой восстановительных поездов на месте транспортных происшествий. Поэтому возникает вопрос об оптимальном расходовании инвестиций в устройства, предотвращающие несанкционированный переезд железнодорожных путей автотранспортом на железнодорожных переездах (далее системы защиты). Данная проблема актуальна, поскольку замена переездов на тоннели и путепроводы идет медленными темпами и в перспективе не предусматривает ликвидацию всех существующих переездов. Поэтому возникает задача о рациональном использовании финансовых средств для установки систем защиты на протяженной железнодорожной сети. В связи с вышесказанным целью настоящей работы является разработка рекомендаций для лица, принимающего решения, по уменьшению количества транспортных происшествий с точки зрения статистических критериев: квантильного и вероятностного. 

Методы. В работе используются метод детерминированного эквивалента, метод эквивалентных преобразований, методы теории вероятностей, методы оптимизации. 

Результаты. Задача по максимизации вероятности того, что не произойдет ни одного столкновения, сведена к задаче целочисленного линейного программирования. Для задачи по минимизации максимального числа происшествий, гарантированных на заданном уровне надежности, предлагается субоптимальное решение исходной задачи квантильной оптимизации, получаемое при решении задачи целочисленного нелинейного программирования, на основе замены биномиально распределенных случайных величин пуассоновскими. 

Выводы. Рассмотренные модели позволяют не только сформировать оптимальную стратегию с гарантирующими характеристиками, но и показать достаточность или недостаточность фонда инвестиций, выделяемых на повышение безопасности на железнодорожных переездах. При этом при принятии решений следует руководствоваться именно квантильным критерием, поскольку вероятность того, что не произойдет ни одного происшествия, может казаться высокой, однако вероятность того, что произойдет одно, два, три и более происшествий, может быть неприемлемой. Квантильный критерий лишен указанного недостатка и позволяет оценить количество транспортных происшествий, гарантированное на заданном уровне надежности.

СООБЩЕНИЯ

38-41 130
Аннотация

Оценка показателей надежности на машиностроительном предприятии осуществляется при проектировании изделий и по данным из эксплуатации. На этапе проектирования широко применяются автоматизированные программные комплексы, которые используют различные методы расчета показателей надежности: деревья отказов, цепи Маркова и др. Исходные данные для такого типа расчета основаны на анализе конструкции изделия и характеристиках его узлов и элементов. Совершенно иным образом осуществляется анализ показателей надежности в эксплуатации. Обработка информации об отказах происходит по рекламациям, поступающим от заказчиков и эксплуатирующих организаций, в сервисные службы предприятий-изготовителей. Суммарное количество отказов по всем видам изделий должно оцениваться службой или подразделением надежности в регламентированный срок. Данная процедура обработки данных об отказах необходима для расчета показателей безотказности и ремонтопригодности. По результатам полученных числовых характеристик производится сравнение с установленными в технической документации значениями. На основе данного сопоставления делается вывод о соответствии или несоответствии конкретного изделия заданным требованиям надежности. Значения показателей надежности в технической документации вводятся на основе испытаний на надежность опытных образцов. Однако в виду различия условий проведения испытаний, процедур фиксации их результатов и единиц измерения, значения показателей надежности, устанавливаемые в технической документации и получаемые в процессе эксплуатации, несравнимы. В вагоностроении наработка подвижного состава чаще всего измеряется в километрах пробега. Однако функционирование большого количества компонентов вагонов оценивается в циклах, часах и т.д. Именно в этих единицах измерения в большинстве случаев происходит формирование значений показателей надежности по итогам испытаний опытных изделий. В процессе оценки показателя безотказности для дверей прислонно-сдвижного типа, устанавливаемых на электропоезда пригородного сообщения, возникла необходимость аппроксимирующего перевода наработки, выраженной в циклах открытия/закрытия, в наработку, выраженную в километрах пробега. Вследствие возникшей проблемы было принято решение о построении математической модели, наилучшим образом отображающей зависимость двух разноименных величин. Чаще всего математические модели строятся и верифицируются на основе исходных наблюдений рассматриваемого показателя и объясняющих факторов. В данном случае исходными данными являются один фактор (циклы открытия/закрытия) и показатель (километры пробега), следовательно, можем использовать модель парной линейной регрессии. 

Результаты. Проведен анализ взаимосвязи циклов открытия/закрытия прислонно-сдвижной двери и километров пробега электропоезда пригородного сообщения. На основе этого получена модель парной линейной регрессии. Проведена верификация, по результатам которой, можно сделать заключение о репрезентативности полученных результатов.

 Выводы. Предоставленная методика расчета обобщающего контролируемого показателя надежности (средней наработки на отказ) на примере дверей прислонно-сдвижного типа показывает, что модель парной линейной регрессии может быть использована для перевода средней наработки на отказ из циклов в километры пробега, необходимого для оценки показателей надежности в эксплуатации.

42-45 175
Аннотация

Цель. Целью статьи является повышение эффективности метода анализа видов и последствий отказов (FMEA) путем проверки правильности суждений экспертов статистическими методами. Поэтому статья посвящена вопросам повышения качества продукции и услуг на различных предприятиях за счет риск-ориентированных подходов. 

Методы. Для повышения эффективности метода анализа видов и последствий отказов (FMEA) предлагается увеличить количество экспертов, а выполнение оценки экспертами сделать независимой, т.е. отделить экспертов друг от друга. Также результат суждения экспертов предлагается рассматривать как случайную величину. Правильность суждений экспертов предлагается оценивать с помощью методов статистических критериев, в частности правильность результатов их суждений предлагается оценивать методами критерия Граббса. Предлагаемые методы оценки не ограничиваются только методами критерия Граббса. Данный критерий может быть заменен критерием Кохрена или применением статистических карт Шухарта. Каждый из предлагаемых методов позволяет получать более эффективные оценки с меньшим рисками во время оказания услуг или при изготовлении товаров. В статье предлагаются статистические методы на примере критерия Граббса. Статистической проверке подвергаются все показатели интегральной оценки метода анализа видов и последствий отказов. 

Результаты. В результате такой проверки данных, получаемой во время независимой экспертизы, имеется возможность повысить достоверность суждений экспертов и существенно уменьшить количество возникающих рисков на предприятии. К таким рискам могут быть отнесены подкуп или сговор экспертов, участвующих в выполнении метода анализа видов и последствий отказов. Независимые суждения экспертов после проведенной экспертизы проверяются статистическими методами. Резкие выбросы мнений независимых экспертов позволят провести повторную экспертизу, а полное согласие оценок позволит не сомневаться в качестве проведенной экспертизы. Применение статистических методов для оценки каждого показателя, составляющего основу интегральной оценки метода FMEA, позволяет повысить ее достоверность в целом. Комбинация данных подходов позволяет получать независимую оценку при экспертизе различных проектов, в том числе экспертизе выпускаемой продукции или предоставляемой услуги по методу анализа видов и последствий отказов, исключить из процедуры оценки человеческий фактор, значительно уменьшить риски. 

Выводы. Выполнен анализ метода анализа видов и последствий отказов (FMEA), а также произведена модернизация метода путем проведения независимой оценки экспертов. Результаты такой оценки проверяются на согласованность статистическими методами. В качестве демонстрации выполнения такой проверки мнения независимых экспертов приводится критерий Граббса. Проверка мнения экспертов может быть выполнена критериями Кохрена, картами Шухарта. Предлагаемый подход является комбинацией метода анализа видов и последствий отказов (FMEA) и статистических методов на примере критерия Граббса.

 

46-49 123
Аннотация

2017 год назван годом экологии. Действительно, бурное развитие промышленных производств и транспортных средств, включая автомобили, самолеты, поезда, суда, ракеты и др., весьма интенсивно загрязняет среду обитания выхлопными газами и канцерогенным дымом промышленных предприятий, вылетающим из труб заводов, котельных, ТЭЦ, специализированных лабораторий. Поэтому воздушный бассейн начинает содержать порой недопустимую концентрацию вредных химических веществ, которые постепенно оседают на землю, включая выпадение в виде кислотных дождей. Загрязнение воздуха, земли и водных ресурсов приводит к крайне нежелательным влияниям на здоровье всего живого. Кроме того, постепенно происходит глобальное изменение климата на планете, создаются предпосылки к повышению температуры с образованием парникового эффекта, появления озоновых дыр, быстрому таянию ледников с подъемом уровня воды в океанах и др. Поэтому это превращается в проблему мирового масштаба, которую необходимо достаточно оперативно решать. В этой статье как раз и показана попытка надежного и кардинального технического решения. Данная ситуация, фактически, разрешена, хотя с учётом химического состава газов может быть частично модернизирована.



ISSN 1729-2646 (Print)
ISSN 2500-3909 (Online)