НАУЧНЫЕ  ПОДХОДЫ  К  ПРОГНОЗИРОВАНИЮ  ДОЛГОВЕЧНОСТИ  СЛОЖНЫХ  ТЕХНИЧЕСКИХ  СИСТЕМ  ТРАНСПОРТА

Макац  Виктор  Геннадьевич

канд.  техн.  наук,  начальник  отдела  неразрушающего  контроля  дорожного  экспертно-технического  центра  Южной  железной  дороги,  Украина,  г.  Харьков

E -mail:  shtab177@inbox.ru

Яковлев  Сергей  Сергеевич

помощник  машиниста  электровоза  депо  Харьков  —  «Октябрь»,  Украина,  г.  Харьков

E -mail: 

SCIENTIFIC  APPROACH  TO  THE  PREDICTION  OF  DURABILITY  OF  TRANSPORT  COMPLEX  ENGINEERING  SYSTEMS

Viktor  Gennadievich  Makats

PhD  in  Technical  Sciences,  Head  of  NDT  Department  of  Road  Expert  Technical  Centre  of  the  Southern  Railway,  Ukraine,  Kharkov

Sergey  Sergeevich  Yakovlev

locomotive  Driver  Assistant  of  “Oktyabr”  Kharkov  Depot,  Ukraine,  Kharkov

АННОТАЦИЯ

Поднят  вопрос  объективной  оценки  технического  состояния  и  прогнозирования  периода  эксплуатации  сложных  технических  систем.  Обоснована  необходимость  применения  в  существующих  алгоритмах  определения  технического  состояния  основного  подхода  —  стохастического.  Поставлена  задача  создать  реально  реализуемый  алгоритм  наилучшей  оценки  периода  эксплуатации  сложных  технических  систем  транспорта.

ABSTRACT

The  issue  of  an  objective  estimation  of  technical  condition  and  predicting  period  of  operation  of  complex  technical  systems  has  been  raised.  The  necessity  to  apply  in  the  existing  algorithms  of  the  technical  condition  determination  of  the  main  approach  —  stochastic  has  been  justified.  The  task  to  create  a  feasible  implementable  algorithm  for  the  best  estimation  of  the  period  of  operation  of  complex  technical  systems  of  transport  has  been  set.

Ключевые   слова:  оценка  технического  состояния;  прогнозирование;  теория  надёжности;  логико-вероятностный  метод;  детерминистический  подход;  стохастический  подход.

Keywords:  estimation  of  technical  condition;  prediction;  reliability  theory;  logical-probabilistic  method;  deterministic  approach;  stochastic  approach.

Проблема  объективной  оценки  технического  состояния  и  на  основе  этого  наилучшего  прогнозирования  периода  дальнейшей  эксплуатации  сложных  технических  систем  транспорта  (далее  СТСТ)  проистекает  из:

·        Многочисленности  данных  систем  —  в  парке  РАО  «РЖД»  и  отдельных  собственников  20619  единиц  локомотивов  и  до  500  тыс.  единиц  вагонов,  аналогичное  положение  на  дорогах  остальных  стран  СНГ,  при  этом  в  силу  экономических  причин  замена  подвижного  состава  производиться  крайне  медленно; 

·        До  80  %  из  них  отслужили  все  предусмотренные  нормативным  документом  [8]  сроки;  по  современному  стандарту  ОАО  РЖД  [10]  срок  службы  локомотивов  (с  учетом  дополнительного)  не  должен  превышать  45  лет,  т.  е.  теоретически  срок  службы  увеличивается  в  1,5—3  раза,  фактически  же  он  достигает  50—55  лет 

Достижимость  значительного  превышения  фактических  сроков  эксплуатации  над  расчетными  (проектными)  проистекает  из  выполнения  основного  принципа  проектного  расчёта:  максимальная  нагрузка  —  минимальная  прочность  [7],  что  представлено  в  наглядном  виде  на  рис.  1.

Рисунок  1.  Проектное  изображение  диаграммы  «нагрузка-прочность»:  Р  —  нагрузка  ,  R  —  прочность

Основным  недостатком  существующих  алгоритмов  определения  технического  состояния,  нормативно  оформленного  [10],  [9]  является  его  базирование  только  на  одном  из  подходов  теории  надежности  —  детерминистическом,  при  этом  второй  основной  подход  —  стохастический  практически  не  реализовывается,  что  приводит  к  практическому  отсутствию  прогнозной  компоненты,  хотя  вопрос  о  том,  насколько  возможно  продление  срока  эксплуатации  носит  не  только  технический,  но  и  планово-экономический  характер  по  оценке  необходимости  замены  подвижного  состава  в  некоторый  период,  который  графически  представлен  на  рис.  2  достижением  точки  С₂  по  достижению  которой,  через  период  в  силу  где  λ-  интенсивность  отказов  экономическая  целесообразность  эксплуатации  падает  ниже  некоторого  приемлемого  уровня,  т.  е.  до  наступления  предела  экономически  целесообразного  применения  по  критерию  оптимальной  долговечности.

Рисунок  2.  Вид  U  —  образной  кривой  на  стадии  длительной  эксплуатации 

Практически  реализуемая  программа  определения  технического  состояния  имеет  определенные  практические  недостатки  при  ее  реализации:

·        Она  базируется  на  расчете  напряженно-деформированного  состояния  (НДС)  базовых  частей  локомотива  и  механических  испытаниях  металла,  которые  в  многоцикловой  области  (5·10⁶  циклов  и  более  )  носят  вероятностный  характер  ввиду  технической  сложности  их  проведения; 

·        Использование  таких  методов  НК  как  ультразвуковой,  капиллярный,  магнитный  достаточно  осложнено  в  связи  с  необходимостью  тщательной  подготовки  поверхности  контроля;

·        Оценка  результатов  контроля  производиться  без  применения  методов  математической  статистики,  и  не  опирается  на  основополагающий  метод  неопределенности  результатов  измерений  [2],  [1]  то  есть  достижения  теории  измерений  в  полной  мере  не  применяются  [11].

Схематически  это  представлено  на  рисунке  3.

Рисунок  3.  Схема  реализуемого  алгоритма

Сейчас  нами  разрабатывается  в  пределах  прикладных  исследований  /  applied  research  /  основанный  на  междисциплинарном  подходе  современных  научных  достижений  адаптивный  алгоритм  прогнозирования  развития  СТСТ,  который  основывается  на: 

·Классической  теории  надежности  [6]  [13]  [14];

·Использовании  логико-вероятностных  методов  [12],  [5];

·Использовании  в  качестве  экспериментальной  основы  подконтрольной  эксплуатации  [3]  ,  проводимой  по  специально  разработанной  методике,  исходя  из  плана  [N,  M,  (r,  T_Σ)],  т.  е.  такого,  когда  производиться  анализ  за  некоторый  период  по  n  объектам  в  режиме  нормальной  эксплуатации  с  учетом  рекомендаций  [4].

Результатом  этих  исследований  должна  стать  реальная  методика  определения  наилучшего  значения  периода  дальнейшей  эксплуатации  СТСТ,  пригодная  (при  ее  доработке)  служить  исходной  для  принятия  планово-экономических  решений.  Схематически  она  представлена  на  рисунке  4. 

Рисунок  4.  Схема  разрабатываемого  алгоритма

Рассматриваемая  проблема  многогранна  и  имеет  не  только  инженерное,  но  и  психологическое  значение  в  силу  традиционализма  работников  транспортной  сферы,  так  называемого  «здорового  консерватизма»,  который  в  некоторых  случаях  является  сдерживающим  фактором  для  внедрения  инновационных  технологий  и  преодоления  которого  у  лиц,  принимающих  решение  (далее  —  ЛПР)  осложнено  и  определенного  недоверия  к  статистическим  методам  исследования  в  практических  областях;

Ввиду  актуальности  проблемы  считаем  целесообразным  рассматривать  и  развивать  как  актуальное  направление  науки  о  надёжности  /в  широком  смысле  оценки  технического  состояния  по  признаку  «работоспособное-неработоспособное»,  понимая  под  ним  не  параметрический,  а  функциональный  отказ/  и  наилучшую  вероятностную  оценку  периода  дальнейшей  эксплуатации  на  участке  С₀  -С₂  U-образной  кривой. 

Нами  учитывается  необходимость  одновременного  развития  двух  подходов  к  оценке  и  прогнозирования  развития  технического  состояния  СТСТ:  как  детерминистического,  так  и  стохастического.

Новация  детерминистического  подхода  видится  во  внедрении  в  практику  научных  выводов  механики  разрушения,  предполагающего  оценку  скорости  развития  трещин  в  основном  металле  и  сварных  соединениях  несущих  металлоконструкций  СТСТ  в  зависимости  от  свойств  металла,  формализуемых  коэффициентом    и  параметров  нагружения  в  многоцикловой  области,  а  также  достоверной  оценки  результатов  неразрушающего  контроля,  исходя  из  парадигмы  неопределённости  результатов  измерений.  имеет  целью  определение  возможность  эксплуатации  отдельных  элементов.

Новация  применения  стохастического  подхода  заключается  в  наилучшей  (наиболее  достоверной)  оценке  периода  эксплуатации  до  достижения  экономически  обоснованного  предела. 

Задачей  исследования  поставлена,  исходя  из  имеющейся  научно-экспериментальной  и  нормативной  базы,  создать  реально  реализуемый  алгоритм  достоверной  наилучшей  оценки  периода  эксплуатации  СТСТ,  длительный  период  находившихся  в  эксплуатации. 

Вывод:   разрабатываемый  алгоритм  определения  технического  состояния  СТСТ  и  прогнозирования  его  развития  основан  на  современных  научных  достижениях  и  может  служить  основой  для  перспективного  планирования  в  системе  железнодорожного  транспорта.  Вторым  его  преимуществом  является  возможность  его  распространения  на  другие  транспортные  системы  длительного  периода  эксплуатации:  грузоподъемные,  конвейерные  и  иные. 

Список  литературы:

1.Введение  к  «Руководству  по  выражению  неопределенности  измерения»  и  сопутствующим  документам.  Оценивание  данных  измерений/  Пер.  с  анг.  под  науч. 

2.ГОСТ  50.1.060-2006  —  Статистические  методы.  Руководство  по  использованию  оценок  повторяемости,  воспроизводимости  и  правильности  при  оценке  неопределенности  измерений.

3.ГОСТ  27.410  Методы  контроля  показателей  и  планы  контрольных  испытаний  на  надежность 

4.ГОСТ  Р  51901.16-2005  (МЭК  61164:1995)  Менеджмент  риска.  Повышение  надежности.  Статистические  критерии  и  методы  оценки

5.Можаев  А.С.  Теоретические  основы,  опыт  применения  и  направления  развития  общего  логико-вероятностного  метода  и  программного  комплекса  «арбитр»  моделирования  надежности,  живучести,  безопасности  и  риска  систем  Труды  ОАО  «СПИК  СЗМА»,  СПб.,  2010  год

6.Надёжность  и  эффективность  в  технике:  Справочник:  в  10  т.  /  Ред.  совет:  В.С.  Авдуевский  (пред.)  и  др.  М.:  Машиностроение,  1986. 

7.Орлов  П.И.  Основы  конструирования.  Справочно-методическое  пособие  в  3-х  книгах.  Кн.  1.  Изд.  2-е,  перераб.  и  доп.  М.,  «Машиностроение»,  1977.  —  623  стр.  с  ил. 

8.Приказ  МПС  СССР  от  24  января  1991  г.  №  ЦТЛ-32.

9.Распоряжение  ОАО  "РЖД"  от  22.01.2008  №  103р  «Об  утверждении  стандарта  ОАО  "РЖД"  "Вагоны  грузовые  и  рефрижераторные  магистральных  железных  дорог  колеи  1520  мм.  Порядок  продления  назначенного  срока  службы».

10.РЖД  СТО  РЖД  1.09.003-2007  с  дополнениями  и  изменениями,  объявленными  распоряжением  от  26  июля  2012  г.  №  1474  р.

11.Романов  В.Н.  Теория  измерений.  Основы  теории  точности  средств  измерений.  СПб  СЗТУ  2006  г.  —  154  с.

12.Рябинин  И.А.  Надежность  и  безопасность  структурно-сложных  систем.  СПб.:  Издательство  Санкт-Петербургского  университета,  2007  г.,  —  278  с.

13.Труханов  В.М.  Надёжность  технических  систем  типа  подвижных  установок  на  этапе  проектирования  и  испытаний,  опытных  образцов.  М  Машиностроение,  2003.  —  320  с.,  ил.

14.Черкесов  Г.Н.  Ч-48  Оценка  надежности  систем  с  учетом  ЗИП:  учеб.  пособие.  СПб.:  БХВ-Петербург,  2012.  —  480  с.:  ил.