ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНАЯ  МОДЕЛЬ  ОЦЕНКИ  НАДЁЖНОСТИ  СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ  МАШИН

Бойко  Анатолий  Иванович

д-р  техн.  наук,  заведующий  кафедры  надёжности  техники,  профессор  Национального  университета  биоресурсов  природоиспользования  Украины,  Украина,  г.  Киев

Новицкий  Андрей  Валентинович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  надёжности  техники,  доцент  Национального  университета  биоресурсов  природоиспользования  Украины,  Украина,  г.  Киев

E-mail:  NovitskiyAV@ukr.net

Банный  Александр  Александрович

ассистент  кафедры  надёжности  техники,  ассистент  Национального  университета  биоресурсов  природоиспользования  Украины,  Украина,  г.  Киев

Кондратюк  Андрей  Васильевич

студент  магистратуры  факультета  инженерии  агробиосистем,

Национального  университета  биоресурсов  природоиспользования  Украины,  Украина,  г.  Киев

LOGICAL-PROBABILISTIC  RELIABILITY  EVALUATION  MODEL  OF  AGRICULTURAL  MACHINERY

Anatoliy  Boyko

doctor  of  Science,  professor  of  the  reliability  of  equipment  department  in  National  University  of  Life  and  Environmental  Sciences  of  Ukraine,  Ukraine  Kiev

Andryi  Novitskiy

candidate  of  Science,  assistant  professor  of  the  reliability  of  equipment  department  in  National  University  of  Life  and  Environmental  Sciences  of  Ukraine,  Ukraine  Kiev

Aleksandr  Bannyi

assistant  of  the  reliability  of  equipment  department  in  National  University  of  Life  and  Environmental  Sciences  of  Ukraine,  Ukraine  Kiev

Andryi  Kondratyouk

students  of  the  faculty  «Agrobiosystems  engineering»  in  National  University  of  Life  and  Environmental  Sciences  of  Ukraine,  Ukraine  Kie

АННОТАЦИЯ

Целью  статьи  есть  формирования  логико-вероятностных  моделей  сложных  структурных  систем  надёжности  механизмов,  как  составляющих  системы  «человек-машина-среда».  В  статье  представлена  методика  формирования  логико-вероятностных  моделей  надёжности  сложных  структурных  систем.  Предложены  критерии  минимизации  кратчайших  путей  и  минимальных  сечений  для  повышения  надёжности  средств  для  приготовления  и  раздачи  корма.  Перспективными  могут  быть  исследования,  которые  направлены  на  формирование  мероприятий  повышения  надёжности  составляющих  системы  «человек-машина-среда».

ABSTRACT

The  purpose  of  the  article  there  is  the  formation  of  logical  and  probabilistic  models  of  complex  structural  systems  reliability  mechanisms  such  as  the  components  of  the  system  "human-machine-environment  ."  The  article  presents  a  method  of  forming  logical  and  probabilistic  models  of  reliability  of  complex  structural  systems.  The  criteria  to  minimize  the  shortest  paths  and  minimum  sections  to  improve  the  reliability  of  funds  for  preparation  and  distribution  of  food.  May  be  promising  research  aimed  at  developing  measures  to  improve  reliability  components  of  the  system  "human-machine-environment".

Ключевые  слова:  Надёжность;  машина;  система  «человек-машина-среда»;  логико-вероятностные  методы;  средства  для  приготовления  и  раздачи  корма.

Keywords:  Reliability;  machinery;  system  "human-machine-environment";  logically-probabilistic  methods;  facilities  for  preparation  and  distribution  of  forage.

Постановка  проблемы.  Резервы  эффективного  использования  машин  в  сельском  хозяйстве  могут  быть  выявлены  в  результате  системных  исследований  технологических  процессов  в  сельскохозяйственном  производстве,  в  которых,  участвуют  системы  «человек-машина-cреда»  («ЧМС»).  Такие  технологические  системы  «ЧМС»  с  позиций  надёжности  может  быть  качественно  и  количественно  описаны  методами  логико–вероятностного  моделирования.  Сложность  таких  систем  определяется  большим  количеством  элементов,  сложностью  функциональных  и  логических  связей  между  элементами  и  подсистемами,  многорежимностью  работы,  вероятностью  восстановления  или  невосстановления  элементов  в  зависимости  от  вида  повреждений.  Кроме  этого,  самую  большую  сложность  представляет  взаимосвязь  составляющих:  «человек»,  «машина»,  «среда».

Анализ  последних  исследований  и  публикаций.  Особенность  использования  логико-вероятностных  методов  исследования  надёжности  машин  и  их  приложения  изложены  во  многих  научных  работах  [2,  3].  Использование  различных  методов  оценки  надёжности  сельскохозяйственной  техники  исследованы  профессором  Бойком  А.И.  и  его  учениками  [1,  4,  5,  7].  Особенное  внимание  в  них  занимают  вопросы  системного  анализа  и  способов  резервирования  зерноуборочной  и  посевной  техники.  Среди  изданных  научных  трудов  особый  интерес  представляют  исследования  эргативных  систем,  в  том  числе  систем  сельскохозяйственного  назначения  [6,  8],  в  которых  представлено  формирование  мероприятий  для  предотвращения  и  устранения  аварий  и  несчастных  случаев.  Логико-вероятностные  модели  могут  быть  использованы  для  определения  риска  влияния  основных  составляющих  на  надёжность  систем  «ЧМС»,  которыми  являются  средства  для  приготовления  и  раздачи  корма  (СПРК).  В  последние  годы  рассматривались  отдельные  вопросы  анализа  и  оценки  надёжности  указанных  машин  [5,  6],  но  в  большинстве  научных  исследований  авторы  представляли  аналитический  обзор  конструкций  или  конструктивно-функциональные  схемы  средств  для  приготовления  и  раздачи  корма  [9,  10]. 

Постановка  задачи.  Исходя  из  выше  изложенного,  целью  формирования  логико-вероятностных  моделей  сложных  структурных  систем  есть  определение  надёжности  механизмов  СПРК,  как  составляющих  системы  «ЧМС». 

Представление  основного  материала.  Для  понимания  и  ясности  представленного  материала,  рассмотрим  механизм  загрузки  корма,  как  структурно-сложную  подсистему  системы  «человек-машина-среда»  средства  для  приготовления  и  раздачи  корма  (системы  «ЧМС»  СПРК).  Модель  формирования  отказов  начинается  из  установления  последовательности  опасных  ситуаций  (ПОС)  —  отказов  системы.  В  логико-вероятностной  теории  аналитическое  описание  опасного  состояния  осуществляется  с  применением  логических  функций  отказов  систем  (ФОС).  Аргументами  ФОС  являются  исходные  условия  (ИУ),  в  качестве  которых  выступают  отказы  машин  и  ошибки  операторов,  и  исходные  события  (ИС),  в  качестве  которых  выступает  негативное  влияние  окружающей  среды.  После  складывания  и  апробации  последовательности  опасных  ситуаций,  можно  перейдите  к  складыванию  ФОС  —  кратчайших  путей  возникновения  отказов  системы.

Необходимо  воспользоваться  предыдущими  исследованиями  [5],  в  которых  СПРК  «DeLaval»  структурно,  с  позиций  обеспечения  надежности  было  представлено  как  блок-схема,  включающая  механизм  загрузки,  механизм  измельчения-смешивания,  раму  с  ходовой  частью  и  выгрузной  механизм.  Опыт  эксплуатации  таких  средств  показывает,  что  надёжность  механизма  загрузки  лимитируют  ножи  фрезы  и  детали  привода.  Но  особенностью  износа  и  аварийных  отказов  ножей  есть  то,  что  они  приводят  к  возникновению  дисбаланса  барабана  и  нуждаются  в  проведении  трудоёмкого  технологического  процесса  (балансирования  барабана).  Отказы  деталей  привода  вала  барабана  чаще  всего  могут  возникать  в  результате  отказа  подшипников  вала,  приводных  цепей  и  установочных  втулок.  Кроме  этого,  отказы  механизма  загрузки  могут  быть  вызваны  отклонением  технических  условий  на  присоединение  механизма  к  бункеру.  Многолетняя  практика  использование  СПРК  “DeLaval”  подтверждает,  что  комплексной  причиной  возникновения  отказов  механизма  загрузки  является  несвоевременность  контроля  за  состоянием  деталей  и  регулировки  представленных  выше  параметров.  СПРК  управляется  и  обслуживается  человеком-оператором,  поэтому  оператор  рассматривается,  как  важная  составляющая,  от  которой  зависит  надежность  механизма  загрузки. 

Представим  сценарий  возникновения  отказа  механизма  загрузки  на  рисунке.  Отказ  механизма  обязательно  будет  иметь  место,  если  возникнет  одно  из  исходных  условий  и  исходных  ситуаций.  Исходные  условия:  отказы  оператора,  которые  связаны  с  недостаточной  квалификацией  или  же  ошибкой  оператора  (Z₁—Z₃);  отказы  деталей,  рабочих  органов,  положение  барабана  и  отсутствие  своевременной  наладки  механизма  (Z₄—Z₉).  Исходными  опасными  ситуациями  может  быть  попадание  посторонних  предметов  в  зону  работы  механизма  или  же  робота  СПРК  на  неровной  площадке  (Z₁₀,  Z₁₁),  которая  может  приводить  не  только  к  изменению  расстояния  между  барабаном  и  поверхностью  площадки,  но  и  к  повреждению  ножей,  возникновения  аварийных  отказов.  Для  математического  описание  представленной  модели  можно  использовать  логические  функции  отказа  систем.  Логические  ФОС  могут  быть  записаны  как  логическая  матрица  событий  Z_і:

у_с(Z₁,…,Z₁₁)===.  (1)

Полученная  функция  монотонная  и  повторная,  поскольку  замена  любого  элемента,  который  отказал  на  исправный  не  приведет  к  отказу  системы.  Раскроем  скобки  и  получим  логические  функции  отказов  подсистемы  загрузочный  механизм  в  виде  дизъюнкции  16  кратчайших  путей  возникновения  отказов:

   у_с(Z₁,…,Z₁₁)  .  (2)

Рисунок  1.  Модель  формирования  отказа  механизма  загрузки  системы  «ЧМС»  СПРК

Анализ  функций  (2)  показывает,  что  риск  возникновения  отказа  механизма  загрузки  связан  с  реализацией  одного  из  16  рассмотренных  способов  формирования  отказа.  Инвертируя  матрицу  (2),  получим  логические  функции  безопасности  системы  (ФБС)  в  виде  дизъюнкции  7  минимальных  сечений  предупреждения  отказов:

 (Z₁,…,Z₁₁)  .  (3)

Анализируя  ФОС  —  кратчайшие  пути  возникновения  (2)  и  ФБС  —  минимальные  сечения  предупреждения  отказов  (3),  приходим  к  выводу,  что  для  предотвращения  отказов  механизма  загрузки  достаточно  своевременно  проводить  контроль  и  регулировку  состояния  рабочих  органов,  деталей  и  непосредственно  самого  механизма,  то  есть  (Z₉).  Генерация  последовательностей,  которые  представлены  в  матрицах  (2)  и  (3)  открывает  возможность  исследования,  анализа  и  синтеза  причин  отказов,  и  соответственно,  необходимость  постановки  задач  об  усилении  требований  к  отдельным  составляющим  системы  «ЧМС»  СПРК,  которые  обеспечат  необходимый  уровень  ее  надёжности.

Выводы.  Проведенный  логико-имитационный  анализ  исходных  условий  и  событий  дает  возможность  выявить  взаимосвязь  составляющих  системы  «ЧМС»  и  их  влияние  на  надежность  механизма  загрузки  СПРК.  Используя  функции  кратчайших  путей  и  минимальных  сечений  формирования  отказов  средств,  можно  разрабатывать  соответствующие  мероприятия  для  обеспечения  их  работоспособности,  как  сложных  систем.  Перспективными  в  этом  направлении  могут  быть  исследования,  которые  направлены  на  более  детальное  описание  других  механизмов  машин  сельскохозяйственного  назначения.

Список  литературы:

1.Бойко  А.И.  Математическая  формализация  описания  состояний  и  переходов  пассивно  резервируемых  технических  систем  /  А.И.  Бойко,  А.В.  Бондаренко,  В.Н.  Савченко  //  Вестник  ХНТУСХ  им.  П.  Василенка.  Выпуск  №  133.  Харьков,  ХНТУСГ,  2013.  —  С.  216—220.

2.Острейковский  В.А.  Теория  надёжности:  Учеб.  Для  вузов  /  В.А.  Острейковский.  М.:  Высш.  шк.,  2003.  —  463  с.

3.Рябинин  А.И.  Надёжность  и  безопасность  структурно-сложных  систем/  А.И.  Рябинин  Санкт-Петербург:  Политехника,  2000.  —  248  с. 

4.Anatoliy  Boyko.  Теоретические  исследования  надёжности  кукурузоуборочной  техники  при  использовании  резервирования  /  Anatoliy  Boyko,  Oleksandr  Bondarenko,  Кostyantyn  Dumenko  //  Motoryzacia  i  energetyka  rolnictwa.  Lublin,  —  2011.  —  Vol.  13А.  —  С.  131—138.

5.Andriy  Nоvitskiy.  Анализ  надёжности  средств  для  приготовления  и  раздачи  кормов  методом  дерева  отказов  /  Andriy  Nоvitskiy,  Oleksandr  Bannyi  //  Motrol,  motoryzacia  i  energetyka  rolnictwa  motorization  and  power  industry  in  agriculture.  Lublin,  —  2011.  —  Vol.  13B.  —  С.  117—123.

6.Бойко  А.І.  Вплив  оператора  на  надійність  систем  «людина-машина-середовище»  (на  прикладі  засобів  для  приготування  і  роздавання  кормів)  /  А.І.  Бойко,  А.В.  Новицький,  З.В.  Ружило,  А.З.  Ружило  //  Вісник  ХНТУСГ.  Харків,  ХНТУСГ,  —  2011.  —  Вип.  114.  —  С.  103—108.

7.Бойко  А.І.  Стохастичне  моделювання  роботи  пневмомеханічного  висівного  апарату/  А.І.  Бойко,  О.О.  Банний  //  Збірник  наукових  праць  НУБіПУ.  К.:  НУБіПУ,  —  2011.  —  Вип.  166.  —  ч.  1.  —  С.  112—118.

8.Лехман  С.Д.  Методологія  дослідження  небезпечних  процесів  при  функціонуванні  ергативних  систем  аграрного  виробництва  /  С.Д.  Лехман,  М.В.  Панфілова  //  Техніка  та  енергетика  АПК:  збірник  наукових  праць  НУБіПУ.  К.:  НУБіПУ,  —  2011.  —  Вип.  166,  —  ч.  1.  —  С.  294—301.

9.Погорілий  Л.,  Ясенецький  В.,  Лінник  М.  Сучасна  техніка  для  приготування  кормів  на  фермах  ВРХ  //  Л.  Погорілий,  В.  Ясенецький,  М.  Лінник  //  Техніка  АПК.  —  1999.  —  №  4.  —  С.  31—33.

10.Ревенко  І.І.  Шляхи  удосконалення  агрегатів  для  приготування  і  роздавання  кормів  рогатій  худобі  /  І.І.  Ревенко,  В.С.  Хмельовський,  Д.Ю.  Бєлік  //  Вісник  ХНТУСГ.  Харків,  ХНТУСГ,  —  2010.  —  Випуск  95.  —  С.  250—258.