Расчет показателей надежности для блока РКП-ТУ системы ДЦ-ЮГ с РКП с помощью методологии УРРАН

В компании ОАО «РЖД» с 2010 г. внедряется идеология управления стоимостью жизненного цикла на этапе эксплуатации объектов железнодорожного транспорта. В этой связи возникла задача разработки аппаратно-программных комплексов для поддержки принятия решений при организации перевозочного процесса, и в частности – при содержании объектов инфраструктуры. В европейских странах эта задача решается на основе методологии обеспечения безотказности (reliability), готовности (availability), ремонтопригодности (maintainability), и безопасности (safety) на железнодорожном транспорте – RAMS. Однако она не в полной мере решает задачи управления надежностью, безопасностью, ресурсами и не охватывает аспекты долговечности, предусмотренные отечественными стандартами. Кроме того, RAMS практически не рассматривает человеческий фактор и не затрагивает проблемы управления затратами на содержание и модернизацию объектов инфраструктуры на этапах жизненного цикла. Поэтому потребовалось трансформировать подходы методологии RAMS в систему управления ресурсами, рисками и надежностью объектов железнодорожного транспорта на этапах жизненного цикла – систему УРРАН. Один из ее важнейших аспектов – технология управления рисками, которая впервые для железнодорожного транспорта определена ГОСТ Р 54505-2011 «Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте» [1].

Железнодорожный транспорт, как и любая сложная система, при осуществлении своей деятельности неизбежно сталкивается с неопределенностью или риском. Выполнение двух условий – возможности проявления нежелательного события и восприимчивости объекта к его влиянию является достаточным основанием для признания факта существования риска. При этом риск оценивают как сочетание вероятности возникновения нежелательного события и его возможных последствий.

Неконтролируемые риски могут приводить к незапланированным эксплуатационным расходам, причинению вреда людям, окружающей среде, имуществу и другим негативным последствиям, что отрицательно сказывается на операционных показателях ОАО «РЖД». В этой связи одной из ключевых задач, решаемых при внедрении системы УРРАН, является реализация системы управления рисками на железнодорожном транспорте. Она имеет своей целью достижение такого состояния железнодорожного транспорта, при котором риски причинения вреда людям и окружающей среде, экономических потерь, нанесения ущерба инфраструктуре и подвижному составу снижены до приемлемого уровня. Именно снижены, а не исключены, поскольку полное исключение риска невозможно [1].

• 1    Расчет показателей качества технической эксплуатации УЖАТ (РКП-ТУ12) с использованием методологии УРРАН

  • 1.1    Расчет проектных показателей надежности блока РКП-ТУ12

С помощью методологии УРРАН можно рассчитать показатели различных систем. Выполним расчет для одного из блоков системы ДЦ-Юг с РКП. Составим структурную схему для    расчета экспериментальной интенсивности отказов блока РКП ТУ-12 (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Структурная схема для расчета экспериментальной интенсивности отказов для блока РКП-ТУ12

Перечень сокращений используемых в структурной схеме элементов:

ПП – полупроводниковые приборы;

ОПП – оптоэлектронные полупроводниковые приборы;

ЗИ – знакосинтезирующие индикаторы;

Р – резисторы;

К – конденсаторы;

СН и Р – соединители низкочастотные и радиочастотные;

С – соединения.

• λ 1 -λ 7 – экспериментальная интенсивность отказов соответствующей группы элементов.

Составим структурную схему расчета экспериментальной интенсивности отказов для каждой группы:

1) Группа полупроводниковых приборов

2) Группа оптоэлектронных полупроводниковых приборов

• 3) Группа знакосинтезирующих индикаторов

4) Группа резисторов

5) Группа конденсаторов

• 6)    Группа соединителей низкочастотных и радиочастотных

  

• 7)    Группа соединений

  

Выполним расчет интенсивностей отказов.

Рассчитаем экспериментальную интенсивность отказов каждой группы элементов. Составим таблицу с перечнем и количеством элементов, с указанием интенсивностей отказов для каждого элемента.

Таблица 2 – Интенсивности отказов каждого элемента блока РКП-ТУ12

Название элемента	Количество элементов	Интенсивность отказов 1-го элемента, 1/ч	Интенсивность отказов группы элементов, 1/ч
VD1…12	12	0,3309·10-8	0,39707·10-7
VT1…6,13…18	12	1,23917·10-8	1,48701·10-7
VT7…12,19…24	12	1,27951·10-8	1,53542·10-7
U1…12	12	2,26264·10-8	2,71517·10-7
HL1…12	12	1,05091·10-8	1,26109·10-7
R1…12,31…42	24	0,97698·10-8	2,34476·10-7
R13…18,43…48	12	1,23419·10-8	1,48103·10-7
R19…24,49…54	12	0,3396·10-7	0,40752·10-6
R25…30,55…60	12	0,93974·10-8	1,12769·10-7

C1	1	1,41131·10-8	1,41131·10-8
C2	1	2,91253·10-9	2,91253·10-9
XP1	1	0,5627·10-7	0,5627·10-7
П	342	0,7·10-7	2,394·10-8
Ʃ λ э			λ э = 1,73968·10-6

Проектную интенсивность отказов РКП-ТУ12 рассчитаем по формуле

λ пр = λ э ·k 1 ·k 2 ·k 3 [1/ч]                                   (1)

где  λ э – экспериментальная интенсивность отказов заданного блока.

Пользуясь приложением 3   [4], выберем значения коэффициентов:

k 1 – коэффициент технической оснащенности; k 1 = 1, т.к. блок РКП-

ТУ12 не относится к системе электрической централизации;

k2  – коэффициент нагруженности; k2 = 0,9, т.к. задан участок железной дороги I категории;

k 3    – климатический коэффициент; k 3 = 1, т.к. блок РКП-ТУ12

располагается в отапливаемых помещениях.

Подставляя в (1) значения величин, получим

λ пр = 1,73968·10^-6·1·0,9·1 = 1,56·10^-6 1/ч.

Среднее время восстановления рассчитаем по формуле

T В =   ^T [ч],                                 (2)

отк где Т – суммарная длительность отказов за 3 года; Т = 9,4 мин;

N отк – количество отказов за 3года; N отк = 1.

Подставляя в (2) значения величин, получим

T =   ^,  = 9,4 мин ≈ 0,17ч.

В где

где

Среднее время наработки на отказ рассчитаем по формуле

1095 • 24 - T

T СР =     _N      , [ч]

отк

1095·24 – период времени (3 года).

Подставляя в (3) значения величин, получим

1095-24 - 0 17

T_CP=       4 ^0,17 = 26279,83ч.

Фактический коэффициент готовности рассчитаем по формуле

T

К^Ф Г = ^Тср , [ч]

ср        в

Т ср – среднее время наработки на отказ; Т ср = 26279,83 ч;

Т в – среднее время восстановления; Т в = 0,17 ч.

Подставляя в (4) значения величин, получим

Ф      26279,83

КГ = 26279,83+0,17 = 0,1.

1.2 Расчет допустимых показателей надежности блока РКП-ТУ12

Допустимую интенсивность отказов блока РКП-ТУ12 рассчитаем по

формуле

λ

1 - [ К ф

nб

_ n ббщ

д

, [1/ч]

где  К ^Ф   – фактический коэффициент готовности; К ^Ф = 0,1;

Т – суммарная длительность отказов за 3 года; T = 0,17 ч;

n б – количество блоков РКП-ТУ12 на станции; n б = 15;

общ                                               общ nб  – количество блоков РКП-ТУ12 по ШЧ; nб  = 80.

Подставляя в (5) значения величин, получим

λ

д

1 - [ 0,1 ] 80 0,17 - 0,1

= 7,14 - 10 — 5 1/ч.

1.3 Анализ достигнутых управления надежностью блока

Фактическую интенсивность по формуле

показателей и выбор сценария

РКП-ТУ12

отказов блока РКП-ТУ12 рассчитаем

λ = Nотк , [1/ч]

^ф 1095 - 24

где  N отк     – количество отказов за 3года; N отк = 1;

1095·24 – период времени (3 года).

Подставляя в (6) значения величин, получим

λ =     1     = 3,8·10-5 1/ч.

^ф 1095 - 24    ,

Сравним между собой значения проектной, допустимой и фактической интенсивностей отказов блока РКП-ТУ12, построив диаграмму их значений. Для этого воспользуемся программой Microsoft Office Excel. Результат приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Значения интенсивностей отказов блока РКП-ТУ12

Полученное соотношение интенсивностей отказов соответствует сценарию № 2, а это значит, что показатели эксплуатационной надежности объектов ЖАТ не поддерживаются на должном уровне, при этом

фактическое значение интенсивности отказов не превышает допустимое значение, обеспечивая надежность, заложенную в аппаратуре.

В итоге можно сделать вывод, что на этапах разработки и проектирования блока РКП-ТУ12 никаких мероприятий не требуется. На этапе производства требуется проверка технологии производства технических средств. На этапе эксплуатации требуется улучшение системы обслуживания технических средств.