5 расчёт и анализ показателей надёжности устройств жат

1
Открытое акционерное общество
«Российские железные дороги»
ПЕРВАЯ РЕДАКЦИЯ
УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМИ, РИСКАМИ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО
ЦИКЛА И АНАЛИЗОМ НАДЁЖНОСТИ В ХОЗЯЙСТВЕ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Учебное пособие
Москва 2012
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 5
1
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
НАДЁЖНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В МЕТОДОЛОГИИ УРРАН. ........... 7
1.1. Показатели и количественные характеристики надежности ....................... 7
1.2. Типовые примеры и их решения .................................................................. 18
1.3.
Расчет
показателей
надёжности
невосстанавливаемых
нерезервированных систем .................................................................................. 21
1.3.1 Методы расчета ............................................................................................ 21
1.3.2. Типовые примеры и их решения ............................................................... 26
1.4 Методология УРРАН и особенности её применения в хозяйстве
железнодорожной автоматики и телемеханики ................................................. 29
2
ПРИМЕНЕНИЕ
МЕТОДОЛОГИИ
УРРАН
НА
ЭТАПЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ
И ТЕЛЕМЕХАНИКИ................................................................................... 34
2.1 Термины, допущения и задачи применения методологии УРРАН на этапе
проектирования систем ЖАТ............................................................................... 34
2.2 Последовательность применения методологии УРРАН для систем ЖАТ
на этапе проектирования ...................................................................................... 37
2.3 Структурные методы расчёта надёжности устройств и систем ЖАТ ....... 39
2.4 Определение проектных показателей надёжности систем ЖАТ с учётом
условий эксплуатации........................................................................................... 41
2.4.1 Представление исходных данных .............................................................. 41
2.4.2 Определение проектной интенсивности отказов эталонного объекта в
фактических условиях эксплуатации .................................................................. 45
2.4.3
Определение
значений
проектных
показателей
надёжности
функционирования системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации ... 49
3
АНАЛИЗ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
НАДЁЖНОСТИ
СИСТЕМ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ
НА ЭТАПЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН 53
3
3.1 Постановка задачи........................................................................................... 53
3.2 Оценка достигнутых показателей надёжности системы ЖАТ................... 54
3.2.1 Общие положения ........................................................................................ 54
3.2.2. Сбор и представление исходных данных ................................................. 65
3.2.3. Получение статистических оценок интенсивности отказов систем ЖАТ
и интенсивности их восстановлений ................................................................... 70
3.2.4 Проверка адекватности теоретического распределения .......................... 75
3.2.5. Интервальная оценка средней интенсивности отказов и средней
интенсивности восстановлений ........................................................................... 79
3.2.6.
Оценка
тенденции
в
изменении
интенсивностей
отказов
и
восстановлений системы железнодорожной автоматики и телемеханики ..... 81
3.2.7. Оценка средней наработки на отказ и среднего времени до
восстановления ...................................................................................................... 82
3.3 Анализ достигнутых показателей надёжности систем ЖАТ на этапе
эксплуатации .......................................................................................................... 83
3.3.1 Постановка задачи........................................................................................ 83
3.3.2 Сценарии управления надёжностью .......................................................... 85
4 РАСЧЁТ И АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ УСТРОЙСТВ
ЖАТ ДЛЯ ЗАДАННОГО ПОЛИГОНА НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ
УРРАН ......................................................................................................... 99
5 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН ПРИ ОЦЕНКЕ РИСКОВ ДЛЯ
СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
................................................................................................................... 111
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ...................................................................................... 121
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ...................................................................................... 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ...................................................................................... 136
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ...................................................................................... 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ...................................................................................... 144
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ...................................................................................... 147
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ...................................................................................... 151
4
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ...................................................................................... 153
ПРИЛОЖЕНИЕ 9 ...................................................................................... 156
ПРИЛОЖЕНИЕ 10 .................................................................................... 158
5
ВВЕДЕНИЕ
В
настоящее
время
ОАО
«Российские
железные
дороги»
заинтересовано в повышении конкурентоспособности на долгосрочный
период. Наряду с иными мероприятиями, достижение указанной цели
базируется на выявлении и использовании резервов в существующей
инфраструктуре. В управлении своей эксплуатационной деятельностью
компания ориентируется на методологию обеспечения безотказности,
готовности, ремонтопригодности и безопасности (RAMS). Цель внедрения
данной методологии заключается в сокращении стоимости жизненного цикла
объектов инфраструктуры при условии обеспечения высокого уровня
надёжности технических средств и требуемого уровня безопасности
перевозочного процесса. При этом сами уровни надёжности и безопасности
определяются исходя из допустимых величин издержек на реализацию
перевозочного процесса, а также на ликвидацию возможных последствий.
С целью решения задачи рационального использования материальных
ресурсов и обеспечения требуемых параметров перевозочного процесса в
рамках концепции RAMS реализуется методология комплексного управления
надёжностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на железнодорожном
транспорте (УРРАН), позволяющая проводить анализ работы систем
железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) и других объектов
транспортной инфраструктуры при различных условиях эксплуатации.
Методология
УРРАН
позволяет
анализировать
эффективность
функционирования систем и устройств ЖАТ с различным уровнем
детализации такого анализа, в частности, выполнять оценку на этапе
проектирования целесообразности применения той или иной системы ЖАТ
на конкретном участке железной дороги, выносить оценку о качестве
проведения технического обслуживания систем ЖАТ на различных уровнях
(станция, перегон, цех, линейно-производственный участок, дистанция,
дорога, сеть дорог в целом) хозяйства автоматики и телемеханики,
6
планировать эксплуатационные затраты на содержание систем и устройств
ЖАТ с целью минимизации стоимости жизненного цикла.
7
1 ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
НАДЁЖНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В МЕТОДОЛОГИИ УРРАН.
1.1. Показатели и количественные характеристики надежности
Показатель надежности – характеристика одного или нескольких
свойств, составляющих надежность объекта.
Основные термины и определения, используемые в теории надежности
и концепции RAMS приведены в Приложении 10.
К числу наиболее широко применяемых показателей надежности
относятся:
 вероятность безотказной работы в течение определенного времени P(t ) ;
 средняя наработка до первого отказа T O ;
 наработка на отказ T ;
 частота отказов  (t ) ;
 интенсивность отказов  (t ) ;
 параметр потока отказов  (t ) ;
 коэффициент готовности K Г .
Характеристикой надежности будем называть количественное
значение показателя надежности конкретного изделия.
Выбор количественных характеристик надежности зависит от вида
изделия.
Основные показатели надежности можно разбить на две группы:
 показатели, характеризующие надежность невосстанавливаемых изделий;
 показатели, характеризующие надежность восстанавливаемых изделий.
Невосстанавливаемыми называются такие изделия, для которых в
рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного
состояния не предусмотрено в нормативно-технической и (или)
конструкторской документации. Если происходит отказ такого изделия, то
выполняемая операция будет сорвана, и ее необходимо начинать вновь в том
случае, если отказ можно устранить. К таким изделиям относятся изделия
однократного действия, такие как ракеты, управляемые снаряды,
искусственные спутники Земли, а также системы многократного действия,
такие как системы управления воздушным и железнодорожным движением,
8
системы управления химическими, металлургическими и другими
ответственными производственными процессами.
Восстанавливаемыми называются такие изделия, для которых в
рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного
состояния
предусмотрено
в
нормативно-технической
и
(или)
конструкторской документации. Если произойдет отказ такого изделия, то он
вызовет прекращение функционирования изделия только на период
устранения отказа. К таким изделиям относятся: телевизор, агрегат питания,
локомотив, автомобиль и т. п.
На рис. 1.1 показан временной график работы невосстанавливаемых и
восстанавливаемых изделий.
Н.о
а)
б)
К.о
Н.о
tH.P
Х
tP1
К.о
t H .P
Х
tП1
Х
tP2
Х Х
tП 2
tP3
Х
Рисунок 1.1. Временной график работы невосстанавливаемых и
восстанавливаемых изделий:
а) – изделия невосстанавливаемые ( t H . P - время непрерывной работы, Н.О –
начало операции, К.О – коней операции);
б) – изделия восстанавливаемые ( t P - время исправной работы, t П - время
вынужденного простоя).
Рассмотрим следующую модель испытаний. На испытании находится
NO изделий, и испытания считаются законченными, если все они отказали.
Причем отказавшие изделия отремонтированными или новыми
заменяются. Тогда показателями надежности данных изделий являются:
не
 вероятность безотказной работы P(t ) ;
 частота отказов  (t ) ;
 интенсивность отказов  (t ) ;
 средняя наработка до первого отказа T O ;
Вероятность безотказной работы выражает вероятность того, что в
пределах заданной наработки отказ изделия не возникнет.
9
Вероятность безотказной работы по статистическим данным об отказах
оценивается согласно выражению
N  n(t )
~
P (t )  O
,
NO
(1.1)
где n(t ) – количество изделий, отказавших к моменту времени t, при их
~
исходном количестве N O ; P (t ) - статистическая оценка вероятности
безотказной работы. При большом числе изделий N O статистическая оценка
~
P (t ) практически совпадает с вероятностью безотказной работы P(t ) . На
практике иногда более удобной характеристикой является вероятность отказа
Q(t ) .
Вероятность отказа - вероятность того, что при определенных
условиях эксплуатации в заданном интервале времени произойдет хотя бы
один отказ. Отказ и безотказная работа являются событиями
несовместимыми и противоположными, поэтому
n(t )
~
,
Q (t ) 
NO
Q(t )  1  P(t ) .
(1.2)
Частотой отказов называется отношение числа отказавших изделий в
единицу времени к первоначальному числу изделий при условии, что все
вышедшие из строя изделия не восстанавливаются.
Частоту отказов по статистическим данным об отказах оценивается
согласно выражению
~ (t ) 
n(t )
,
N O t
где n(t ) – число отказавших изделий в интервале времени от t 
t
.
2
Частота отказов есть плотность вероятности (или
распределения) времени работы изделия до первого отказа. Поэтому
(1.3)
t
до
2
t
закон
t
t

dP(t ) dQ(t )
, Qt     t dt , Pt   1    t dt    t dt . (1.4)
 (t )  

dt
dt
0
0
t
10
Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших
изделий в единицу времени к среднему числу изделий, исправно работающих
в данный отрезок времени.
Согласно определению интенсивность отказов по статистическим
данным об отказах определяется
~
 (t ) 
n(t )
,
N ср t
(1.5)
Ni  Ni 1
- среднее число исправно работающих изделий в
2
интервале t ; N i – число изделий, исправно работающих в начале интервала
где N ср 
t ; N i 1 – число изделий, исправно работающих в конце интервала t .
Интенсивность отказов есть условная плотность вероятности
возникновения отказа невосстанавливаемого изделия, определяемая для
рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента
отказ не возник.
Вероятностная оценка этой характеристики находится из выражения
λ (t ) 
α (t )
.
P(t )
(1.6)
Интенсивность отказов и вероятность безотказной работы связаны
между собой зависимостью
t
P(t )  e
   (t ) dt
(1.7)
0
Средней наработкой до отказа Т O называется
математическое
ожидание наработки изделия до первого отказа.
Как математическое ожидание Т O вычисляется через частоту отказов
(плотность распределения времени безотказной работы):
ΤO  М t  

 t t dt .
(1.8)

Так как t положительно и P(0)  1 , а P()  0 , то

TO   P (t ) dt .
0
(1.9)
11
По статистическим данным об отказах средняя наработка до первого
отказа вычисляется по формуле
NO
~
TO 
 ti
i 1
NO
,
(1.10)
где ti – время безотказной работы i- го изделия, N O - число испытуемых
изделий.
Как видно из формулы (1.10), для определения средней наработки до
первого отказа необходимо знать моменты выхода из строя всех испытуемых
~
изделий. Поэтому для вычисления TO пользоваться указанной формулой
неудобно. Имея данные о количестве вышедших из строя изделий ni в
каждом i-ом интервале времени, среднюю наработку до первого отказа
лучше определить из выражения
m
~
TO 
 ni t срi
i 1
NO
.
(1.11)
В выражении (1.11) t срi и m находятся по следующим формулам
ti 1  ti
t
, m n ,
2
t
- время начала i-ого интервала; t i - время конца i-ого интервала; t n t срi 
где t i 1
время, в течение которого вышли из строя все изделия; t  ti 1  ti интервал времени.
При изучении надежности технических устройств часто применяются
следующие законы распределения времени безотказной работы:
экспоненциальный, нормальный, Релея, Гамма, Вейбулла.
В табл. 1.1 приведены выражения для оценки количественных
характеристик надежности изделий при указанных законах распределения
времени безотказной работы.
12
Таблица 1.1. Основные соотношения количественных характеристик
надежности при различных законах распределения времени безотказной
работы
Закон распределения
Частота отказов
 (t )
Вероятность
безотказной работы
Интенсивность
отказа  (t )
P(t )
λe  λt
Экспоненциальный
Релея
t
Вейбулла
2

e
t2
1
e
2

2 2
0 kt k 1e  0t
Нормальный

λ  const
t
2
e  λt
e
2 2
e 0t
k
(t T ) 2
2 2
t2
t
1
e
2πσ 0
1
0 kt k 1 ,
k

(t T ) 2
2σ 2
dt 1 
t
1
e
2 0
1
e
2
Гамма
(0t ) k 1  0t
0
e
(k  1)!
e
 0 t
k 1 ( t )i
0

i 0
i!


(t T ) 2
2 2
(t T ) 2
2 2
0 (0t ) k 1
k 1 ( t )i
0
(k  1)! 
i 0
i!
Из выражений для оценки количественных характеристик надежности видно, что
все характеристики являются функциями времени. На рис. 1.2 приведены зависимости
количественных характеристик надежности изделий от времени.
а
б
13
в
г
д
Рисунок 1.2. Зависимость количественных характеристик от времени
а) экспоненциальная модель; б) модель Релея; в) модель Вейбулла;
г) модель нормального распределения; д) модель гамма распределения
Рассмотренные показатели надежности позволяют достаточно полно
оценить надежность невосстанавливаемых изделий. Они также позволяют
оценить надежность восстанавливаемых изделий до первого отказа.
Наличие нескольких показателей вовсе не означает, что всегда нужно
оценивать надежность изделия по всем показателям.
Наиболее полно надежность изделия характеризуется частотой отказов
 (t ) . Это объясняется тем, что частота отказов является плотностью
распределения, а поэтому несет в себе всю информацию о случайной
величине – времени безотказной работы.
Средняя наработка до первого отказа является достаточно наглядной
характеристикой надежности. Однако применение этого показателя для
оценки надежности сложной системы ограничено в тех случаях, когда:
14
 время работы системы гораздо меньше среднего времени безотказной
работы;
 закон
распределения
однопараметрический;
времени
безотказной
работы
не
 система резервированная;
 интенсивность отказов непостоянная;
 время работы отдельных частей сложной системы разное.
Интенсивность отказов - наиболее удобная характеристика надежности
простейших элементов, так как она позволяет более просто вычислить
количественные характеристики сложной системы.
Наиболее целесообразным показателем надежности сложной системы
является вероятность безотказной работы. Это объясняется следующими
особенностями вероятности безотказной работы:
 она входит в качестве сомножителя в другие более общие характеристики
системы, например в эффективность и стоимость;
 характеризует изменение надежности во времени;
 может быть получена сравнительно просто расчетным путем в процессе
проектирования системы и оценена в процессе ее испытания.
В табл.1.2 показана взаимосвязь между показателями надежности.
Таблица 1.2 Взаимосвязь между показателями надежности
Известно
Требуется определить
P(t )
Q(t )
P(t )
-
1  P(t )
Q(t )
1  Q(t )
-
f (t )



dP(t )
dt
t


1 dP(t )

P(t ) dt
dQ(t )
dt
1 dQ(t )
1  Q(t ) dt
-
f (t )
t
f (t )dt
 (t )
f (t )
f (t ) dt

 f (t )dt
0
t
 (t )
t
   (t ) dt
e
0
t
t
1 e
   (t ) dt
0
 (t )e
   (t ) dt
0
-
15
Рассмотрим показатели надёжности восстанавливаемых систем.
Средняя наработка на отказ есть отношение наработки
восстанавливаемого изделия к математическому ожиданию числа его
отказов в течение этой наработки.
Эта характеристика определяется по статистическим данным об
отказах по формуле
n
ti
~ i
1
,
T 
n
(1.13)
где ti - время исправной работы изделия между (i – 1)-м и i-м отказами; n –
число отказов за некоторое время t.
Из формулы (1.13) видно, что в данном случае наработка на отказ
определяется по данным испытания одного образца изделия. Если на
испытании находится N образцов в течение времени t, то наработка на отказ
вычисляется по формуле
N nj
~
T 
  tij
j 1i 1
N
,
(1.14)
nj
j 1
где tij - время исправной работы j-го образца изделия между (i – 1)-м и i-м
отказом; n j - число отказов за время t j-го образца.
Наработка на отказ является достаточно наглядной характеристикой
надежности, поэтому она получила широкое распространение на практике.
Параметр потока отказов и наработка на отказ характеризуют
надежность ремонтируемого изделия, но не учитывают времени,
необходимого на его восстановление. Поэтому они не характеризуют
готовности изделия к выполнению своих функций в нужное время. Для этих
целей вводятся такие показатели, как коэффициент готовности и
коэффициент вынужденного простоя.
Коэффициент готовности есть вероятность того, что изделие
окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени,
кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по
назначению не предусматривается.
16
Эта характеристика определяется по статистическим данным как
отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и
вынужденных простоев изделия, взятых за один и тот же календарный срок.
Эта характеристика обозначается K Г .
Согласно данному определению
~
КГ 
tP
,
tP  tП
(1.15)
где t P – суммарное время исправной работы объекта; t П – суммарное время
вынужденного простоя.
Времена t P и t П вычисляются по формулам
n
n
t P   t Pi ,
tП   tПi ,
i 1
(1.16)
i 1
где t Pi - время работы изделия между (i – 1)-м и i-м отказом; t Пi - время
вынужденного простоя после i-го отказа; n – число отказов (ремонтов)
изделия.
Для перехода к вероятностному показателю величины t P и t П
заменяются математическими ожиданиями времени между соседними
отказами и времени восстановления соответственно.
Тогда
КГ 
где T
T
,
Т  TB
(1.17)
- среднее время наработки на отказ; TВ
- среднее время
восстановления.
Среднее время восстановления есть математическое ожидание
времени восстановления работоспособного состояния объекта.
Как математическое ожидание
ТB
вычисляется через частоту
восстановления (плотность распределения времени восстановления):

TB   tα B (t )dt ,
(1.18)
0
где  B - частота восстановления, равная  в (t ) 
восстановления).
dS (t )
, ( S (t ) - вероятность
dt
17
По статистическим данным среднее время восстановления вычисляется
по формуле:
ni
ti
~ i
1
TB 
ni
(1.19)
Коэффициентом вынужденного простоя называется отношение
времени вынужденного простоя к сумме времен исправной работы и
вынужденных простоев изделия, взятых за один и тот же календарный срок.
Согласно определению
~
KП 
tП
tP  tП
(1.20)
или переходя к средним величинам,
KП 
TВ
T T В
(1.21)
Коэффициент готовности и коэффициент вынужденного простоя
связаны между собой зависимостью
KП 1 KГ .
При анализе надежности восстанавливаемых
коэффициент готовности вычисляют по формуле
КГ 
TO
TO  Т В
(1.22)
систем
обычно
(1.23)
Формула (1.23) верна только в том случае, если поток отказов
простейший, и тогда T  TO .
Часто коэффициент готовности, вычисленный по формуле (1.23)
отождествляют с вероятностью того, что в любой момент времени
восстанавливаемая система исправна. На самом деле указанные
характеристики неравноценны и могут быть отождествлены при
определенных условиях.
Поэтому вводится понятие функции готовности, которая определяется
из выражения:
18
PГ t   K Г (t ) 





e     t
PГ t   K Г (t )  K Г  (1  K Г )e
где  

t
K Г TВ
,
(1.24)
1
1
; 
.
TO
TВ
Кроме установившегося коэффициента готовности часто используется
среднее значение этого коэффициента за интервал времени 0...ti
t
1 i
K Г   K Г (t )dt
ti 0
(1.25)
Коэффициент оперативной готовности K ОГ - вероятность того, что
объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент
времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение
объекта по назначению не предусматривается, и, начиная с этого момента,
будет работать безотказно в течение заданного интервала времени
Согласно определению
K ОГ  K Г  e  t
(1.26)
Коэффициент оперативной готовности оценивает не только готовность
системы к выполнению заданных функций, но и способность выполнять
функции определенной временной протяженностью.
1.2. Типовые примеры и их решения
Задачи, которые встречаются при определении количественных
характеристик надежности, могут быть разделены на следующие группы:
1) определение
количественных
характеристик
надежности
по
статистическим данным об отказах изделия;
2) определение количественных характеристик надежности изделия при
известной математической модели надежности.
В настоящей главе при определении количественных характеристик
надежности технических устройств по статистическим данным об их отказах
не учитывается достоверность полученных результатов.
Кроме того, следует иметь в виду, что частота, интенсивность и
параметр потока отказов, вычисленные по формулам (1.3), (1.5), (1.12)
~
являются постоянными в диапазоне интервала t , а функции ~ (t ) ,  (t ) ,
19
~ (t ) - ступенчатыми кривыми или гистограммами. Для удобства изложения
в дальнейшем при решении задач на определение частоты, интенсивности и
параметра потока отказов по статистическим данным об отказах изделий
ответы относятся к середине интервала t . При этом результаты вычислений
графически представляются не в виде гистограмм, а в виде точек,
отнесенных к середине интервалов t и соединенных плавной кривой.
Рассмотрим типовые примеры.
Пример 1.1. На испытание поставлено 1000 однотипных электронных
ламп. За 3000 ч отказало 80 ламп. Требуется определить вероятность
безотказной работы и вероятность отказа электронных ламп в течение 3000 ч.
Решение. По формулам (1.1) и (1.2) определяем
N  n(t ) 1000  80
~
P (3000 )  O

 0,92
NO
1000
n(t )
80
~
Q (3000 ) 

 0,08
N O 1000
или
~
~
Q (3000 )  1  P (t )  1  0,92  0,08
Пример 1.2. На испытание поставлено 1000 однотипных ламп. За
первые 3000 ч работы отказало 80 ламп, а за интервал 3000 ч – 4000 ч
отказало еще 50 ламп. Определить частоту и интенсивность отказов
электронных ламп в промежутке 3000 ч – 4000 ч работы.
Решение. По формулам (1.3) определим частоту отказов
~(3500 ) 
n(t )
50

 5 10  5 (1/ч)
N O t 1000 1000
Определим среднее число исправно работающих изделий в интервале
t .
Ni  Ni 1 920  870

 895 (шт)
2
2
По формуле (1.5) находим интенсивность отказов
N ср 
~
 (3500 ) 
n(t )
50

 5,6 10 5 (1/ч)
N ср t 895 1000
Пример 1.3. Производилось наблюдение за работой трех экземпляров
однотипной аппаратуры. За период наблюдения было зафиксировано по
20
первому экземпляру 6 отказов, по второму и третьему – 11 и 8 отказов
соответственно. Наработка первого экземпляра составила 181 ч, второго –
329 ч и третьего 245 ч. Требуется определить наработку аппаратуры на отказ
~
T.
Решение. Определим суммарную наработку трех образцов аппаратуры:
N nj
 tij  181  329  245  755 (ч)
t 
j 1i 1
Определим суммарное количество отказов:
n 
N
 n j  6  11  8  25 (отказов).
j 1
Находим среднюю наработку на отказ по формуле (1.14)
N nj
~
T 
  tij
j 1i 1
N
nj

t 755

 30,2 (ч).
n 25
j 1
Пример 1.4. Система состоит из 5 приборов, причем отказ любого
одного из них ведет к отказу системы. Известно, что первый прибор отказал
34 раза в течение 952 ч работы, второй -24 раза в течение 960 ч работы, а
остальные приборы в течение 210 часов работы отказали 4, 6 и 5 раз
соответственно. Требуется определить наработку до отказа системы в целом,
если справедлив экспоненциальный закон надежности для каждого из пяти
приборов.
Решение. Для решения данной задачи воспользуемся следующими
соотношениями:
n
c   i
i 1
TO 
1
c
.
Определим интенсивность отказов для каждого прибора:
~
1 
34
24
~
 0,0357 (1/ч), 2 
 0,025 (1/ч),
952
960
465
 0,0714 (1/ч).
210
Интенсивность отказов системы равна
~
3, 4,5 
21
n
~
~
~
c   i  1  2  3,4,5  0,0357  0,025  0,0714  0,1321 (1/ч)
i 1
Средняя наработка до отказа системы
TO 
1
c

1
 7,57 (ч).
0,1321
Пример 1.5. За наблюдаемый период эксплуатации в аппаратуре было
зафиксировано 8 отказов. Время восстановления составило t1 = 12 мин, t2 = 23
мин, t3 = 15 мин, t4 = 9 мин, t5 = 17 мин, t6 = 28 мин, t7 = 25 мин, t8 = 31 мин.
~
Определить среднее время восстановления аппаратуры TВ .
Решение.
ni
 ti
8
 ti 600
~ i 1
i 1
TB 


 75 (мин).
ni
8
8
Пример 1.6. Аппаратура имела среднюю наработку на отказ 65 ч и
среднее время восстановления 1,25 ч. Требуется определить коэффициент
готовности.
Решение. По формуле (1.17) имеем
КГ 
T
65

 0,98
Т  TB 65  1,25
1.3. Расчет показателей надёжности невосстанавливаемых
нерезервированных систем
1.3.1 Методы расчета
Задача расчета показателей надежности сложной системы состоит в
том, чтобы определить ее показатели надежности, если известны показатели
надежности отдельных элементов и структура системы, т.е. характер связей
между элементами с точки зрения надежности.
Наиболее простую структуру имеет нерезервированная система,
состоящая из n элементов, у которой отказ одного из элементов приводит к
отказу всей системы (рис.1.3). В этом случае система имеет логически
последовательное соединение элементов.
22
2
1
n
...
Рисунок 1.3. Логически последовательное соединение элементов
При расчете показателей надежности таких устройств предполагается,
что отказ элемента является событием случайным и независимым.
Тогда вероятность безотказной работы изделия в течение времени t
равна произведению вероятностей безотказной работы ее элементов в
течение того же времени. Так как вероятность безотказной работы элементов
в течение времени t можно выразить через интенсивность отказов в виде
(1.7), то расчетные формулы для вероятности безотказной работы
технического устройства при последовательном соединении элементов
можно записать следующим образом:
n
PC (t )  p1 (t )  p2 (t )  ...  pn (t )   pi (t ) ,
i 1
(1.27)

PC (t )  e
  1 (t ) dt
0

e
  2 (t ) dt
0

 ...  e
  n (t ) dt
0
n 
e
   i (t ) dt
i 1 0
Выражения (1.27) наиболее общие. Они позволяют определить
вероятность безотказной работы изделия до первого отказа при любом законе
изменения интенсивности отказов во времени.
На практике наиболее часто интенсивность отказов изделий является
величиной постоянной. При этом время возникновения отказов подчинено
экспоненциальному закону распределения, так как для нормального периода
работы аппаратуры справедливо условие λ = const.
В этом случае выражения для количественных характеристик примут
вид:
PC t   e
  c t
e

t
T o .c
n
; c   i ;
i 1
 c (t )  c e c t ; TO.C 
1
c
(1.28)
Если все элементы данного типа равнонадежны, интенсивность отказов
будет
r
c   Ni i ,
i 1
где: N i - число элементов i-го типа; r – число типов элементов.
(1.29)
23
На
практике
очень
часто
приходится
вычислять
вероятность
безотказной работы высоконадежных систем. При этом произведение c t
значительно меньше единицы, а вероятность безотказной работы P(t) близка
к единице.
В этом случае количественные характеристики надежности можно с
достаточной для практики точностью вычислить по следующим
приближенным формулам:
r
r
i 1
i 1
PC (t )  1  ct  1  t  Ni i ; c   Ni i ;
(1.30)
T O.C . 
1
c

1
r
 N i i
; ac (t )  c (1  ct ) .
i 1
Вычисление
количественных
характеристик
надежности
по
приближенным формулам не дает больших ошибок для систем, вероятность
безотказной работы которых превышает 0,9, т.е. для t  0,1.
При расчете показателей надежности систем часто приходится
перемножать вероятности безотказной работы отдельных элементов расчета
и возводить их в степень и извлекать корни. При значениях вероятность P(t),
близких к единице, эти вычисления можно с достаточной для практики
точностью выполнить по следующим приближенным формулам:
n
n
i 1
i 1
PC (t )   pi (t )  1   qi (t ) ,
PC (t )  pin (t )  1  nqi (t ) ,
n
pi (t )  1 
(1.31)
qi (t )
,
n
где qi (t ) - вероятность отказа i-го блока.
В зависимости от полноты учета факторов, влияющих на работу
изделия, различают прикидочный, ориентировочный и окончательный расчет
показателей надежности.
Прикидочный расчет основывается на следующих допущениях:
 все элементы изделия равнонадежны;
 интенсивность отказов всех изделий не зависит от времени, т.е.   const ;
24
 отказ любого элемента приводит к отказу всего изделия.
Прикидочный расчет показателей надежности выполняется в
следующий случаях:
1) при проверке требований по надежности, выдвинутых заказчиком в
техническом задании (ТЗ) на проектирование изделия;
2) при расчете нормативных данных по надежности отдельных блоков и
устройств системы;
3) для определения минимально допустимого уровня надежности элементов
проектируемого изделия;
4) при сравнительной оценке надежности отдельных вариантов изделия на
этапе эскизного проектирования.
Прикидочный расчет показателей надежности позволяет судить о
принципиальной возможности обеспечения требуемой надежности изделия.
Ориентировочный расчет показателей надежности учитывает влияние
на надежность только количества и типов, входящих в систему элементов, и
основывается на следующих допущениях:
 все элементы данного типа равнонадежны, т.е. величины интенсивности
отказов ( i ) для этих элементов одинаковы;
 все элементы работают в номинальном
предусмотренном техническими условиями;
(нормальном)
режиме,
 интенсивности отказов всех элементов не зависят от времени, т.е. в
течение срока службы у элементов, входящих в изделие, отсутствует
старение и износ, следовательно i (t )  const ;
 отказы элементов изделия являются событиями случайными и
независимыми;
 все элементы изделия работают одновременно.
Для определения показателей надежности изделия необходимо знать:
1) вид соединения элементов расчета надежности;
2) типы элементов, входящих в изделие и число элементов каждого типа;
3) величины интенсивностей отказов элементов i , входящих в изделие.
Выбор
i
для
каждого
типа
элементов
производится
соответствующим таблицам, приведенных в справочниках по надежности.
по
25
Таким образом, при ориентировочном расчете показателей надежности
необходимо знать структуру системы, номенклатуру применяемых элементов
и их количество.
Ориентировочный метод расчета показателей надежности используется
на этапе эскизного проектирования после разработки принципиальных
электрических схем изделий. Он позволяет наметить пути повышения
надежности изделия и производится по формулам (1.28)…(1.30).
Полный расчет показателей надежности изделия выполняется тогда,
когда известны реальные режимы работы элементов после испытания в
лабораторных условиях основных узлов и макетов изделия.
Элементы изделия находятся обычно в различных режимах работы,
сильно отличающихся от номинальной величины. Это влияет на надежность
как изделия в целом, так и отдельных его составляющих частей. Выполнение
окончательного расчета показателей надежности возможно только при
наличии данных о коэффициентах нагрузки отдельных элементов и при
наличии графиков зависимости интенсивности отказов элементов от их
электрической нагрузки, температуры окружающей среды и других
факторов, т.е. для окончательного расчета необходимо знать зависимости
c  f ( K нT  ,...) .
Эти зависимости приводятся в виде графиков либо их можно
рассчитать с помощью, так называемых поправочных коэффициентов
интенсивности отказов ki , позволяющих учесть влияние различных факторов
на надежность изделия.
Для определения показателей надежности изделия необходимо знать:
1) число элементов с разбивкой их по типам и режимам работы;
2) зависимости интенсивности отказов элементов i от электрического
режима работы и заданных внешних условий;
3) структуру системы.
В общем случае i зависит от следующих воздействующих факторов:
 электрического режима работы данного элемента;
 окружающей температуры;
 вибрационных воздействий;
 механических ударов;
26
 линейных ускорений;
 влажности;
 воздействия морской воды;
 воздействия биологических факторов (грибок, плесень, насекомые);
давления;
 воздействия электромагнитных волн;
 радиоактивное излучение и ряда других факторов.
Знание зависимости интенсивности отказов i от воздействующих
факторов является необходимым для правильного использования элементов с
целью получения заданной вероятности безотказной работы за время t.
При разработке и изготовлении элементов обычно предусматриваются
определенные, так называемые «нормальные» условия работы: температура
+2510 С, номинальный электрический режим, отсутствие механических
перегрузок и т. Д. Интенсивность отказов элементов в «нормальном» режиме
эксплуатации называется номинальной интенсивностью отказов нi .
Интенсивность отказов элементов при эксплуатации в реальных
условиях i равна номинальной интенсивности отказов нi , умноженной на
поправочные коэффициенты ki , т.е.
n
i  нi  k1  k2  ... kn  нi  ki ,
i 1
где: нi - интенсивность отказов элемента, работающего в нормальных
условиях
при
номинальной
электрической
нагрузке;
k1 , k2 ,..., kn -
поправочные коэффициенты, зависящие от различных воздействующих
факторов.
Полный расчет показателей надежности применяется на этапе
технического проектирования изделия.
1.3.2. Типовые примеры и их решения
Пример 2.1. Система состоит из 12600 элементов. Интенсивность
отказа элемента   0,32 10 6 1/ч.
Необходимо определить вероятность безотказной работы систем в
течение времени t = 50 ч.
Решение. Интенсивность отказов системы равна:
27
c    N  0,32 10 6 12600  4,032 10 3 (1/ч).
Тогда на основании (2.2)
PC (50)  e  c t  e  4,032 10
3
50
 0,82 .
Пример 2.2. Используя данные примера 2.1, вычислить среднюю
наработку до первого отказа системы.
Решение. Средняя наработка до первого отказа системы
ΤO.C
вычисляется по формуле (1.28). Подставляя в формулу значение c из
примера 2.1, получим
ΤO.C 
1
1

 250 (ч).
λ c 4,032 10 3
Пример 2.3. Система состоит из трех блоков, средняя наработка до
первого отказа которых равна T 1  160 ч, T 2  320 ч, T 3  600 ч. Для блоков
справедлив экспоненциальный закон надежности. Требуется определить
среднюю наработку до первого отказа системы.
Решение. Воспользуемся формулой (1.28) для средней наработки до
первого отказа системы. В нашем случае интенсивность отказов системы
равна
c  1  2  3 
ΤO.C 
1
1
1
1
1
1





 0,011 (1/ч).
T 1 T 2 T 3 160 320 600
1
1

 91 (ч).
λ c 0,011
Пример 2.4. Система состоит из двух устройств. Вероятности
безотказной работы каждого из них в течение времени t = 100 ч. равны:
p1 (100 )  0,95 ;
p2 (100 )  0,97 .
Справедлив
экспоненциальный
закон
распределения надежности. Необходимо найти среднюю наработку до
первого отказа системы.
Решение. Найдем вероятность безотказной работы системы по формуле
(1.27)
PC (t )  p1 (t )  p2 (t ) .
Отсюда PC (100 )  p1 (100 )  p2 (100 )  0,95  0,97  0,92 .
Найдем интенсивность отказов системы, воспользовавшись формулой
PC (100)  0,92  ec t  ec 100 .
28
Из этого выражения найдем c 100 .
c 100  ln 0,92  0,083 или c  0,83 10 3 (1/ч).
Среднее время наработки до первого отказа
T O.C. 
1
c

1
 1200 (ч).
0,83 10  3
Пример 2.5. Вероятность безотказной работы одного элемента в
течение времени t равна p(t )  0,9997 . Требуется определить вероятность
безотказной работы системы, состоящей из N  100 таких элементов.
Решение. Вероятность безотказной работы системы
равна
PC (t )  p N (t )  (0,9997 )100 . Вероятность p(t ) близка к единице, поэтому для
вычисления вероятности безотказной работы системы воспользуемся
формулой (1.31). В нашем случае q(t )  1  p(t )  1  0,9997  0,0003 . Тогда
вероятность
безотказной
работы
системы
PC (t )  1  Nq (t )  1  100  0,0003  0,97 .
Пример 2.6. Все элементы электронного усилителя работают в
нормальный период эксплуатации, т.е.   const . Усилитель должен
непрерывно работать в течение 10 ч. Из схемы известно, что усилитель
состоит из 2 ламп, 8 резисторов и 6 конденсаторов. Интенсивность отказов
всех элементов указана в табл. 1.3. Требуется рассчитать вероятность
безотказной работы системы PC (t ) и среднюю наработку до первого отказа
T O.C .
Решение. Для выполнения ориентировочного расчета надежности
усилителя рассчитаем интенсивность отказов компонентов по группам, и
рассчитанные значения занесем в табл. 1.3.
29
Таблица 1.3. Таблица расчета интенсивности отказов к примеру 2.8
Наименование Обозначение
и тип
по схеме
элемента
Количество Интенсивность Интенсивность
элементов
отказов
отказов

5
Ni
i 10 1/ч
N i  i  10 5 1/ч
Резистор
R1, R2
2
0,09
0,18
Резистор
R3, R4
2
0,12
0,24
Резистор
R5, R6
2
0,10
0,20
Резистор
R7, R8
2
0,10
0,20
Конденсатор
C1, C2
2
0,03
0,06
Конденсатор
C3, C4
2
0,13
0,26
Конденсатор
C5, C6
2
0,09
0,18
Лампы
Л1, Л2
2
9
18
Интенсивность отказов усилителя рассчитаем по формуле (1.29):
c  (0,18  0,24  0,2  0,2  0,06  0,26  0,18  18) 10 5  19,32 10 5 (1/ч).
PC (10)  e  c t  e 19 ,32 10
Τ O.C 
5
10
 0,9981
1
1

 5176ч.
λ c 19,32 10 5
1.4 Методология УРРАН и особенности её применения в хозяйстве
железнодорожной автоматики и телемеханики
В концепции УРРАН в качестве базового понятия при определении
показателей
надёжности
и
безопасности
функционирования
систем
железнодорожной автоматики и телемеханики лежит понятие эталонного
объекта - типового, наиболее распространенного на сети дорог элемента
соответствующих систем ЖАТ. Эталонные объекты также подразделяются
на эталонные блок-участки (ЭБУ) и эталонные комплексы управления
стрелками (ЭКС). ЭБУ описывает эталонный участок перегонной системы
ЖАТ. Он включает в себя:
 устройство контроля свободности;
 устройство сигнализации и управления светофорами;
 устройство канализации обратного тягового тока;
 устройство передачи сигналов на локомотив
30
ЭКС описывают эталонные станционные системы ЖАТ. Элементы
ЭКС:

устройство обеспечения логической зависимости;

комплект переводных и замыкающих устройств;

устройство управления и контроля;

устройство электропитания
Также в методике УРРАН вводятся такие понятия как эталонные и
фактические условия эксплуатации. Эталонные условия эксплуатации – это
усредненные
по
сети
дорог
условия
эксплуатации
систем
ЖАТ
рассматриваемого типа, на основе которых получены данные о надежности
их элементов. Фактические условия эксплуатации – это те условия
эксплуатации, которые осуществляются на исследуемом участке.
Для определения показателей надежности в фактических условиях
эксплуатации, в методике УРРАН предлагается использовать систему
переводных коэффициентов. В первую очередь необходимо произвести
расчет показателей надежности и безопасности для эталонного объекта в
эталонных условиях эксплуатации, после чего, посредством умножения,
полученных
показателей
надежности
и
безопасности,
на
систему
поправочных коэффициентов, можно получить показатели надежности и
безопасности объектов систем ЖАТ в реальных условиях эксплуатации. В
методике УРРАН предлагается использовать следующие переводные
коэффициенты:
1) коэффициенты оснащенности участков
– для перегонных систем ЖАТ
– для станционных систем ЖАТ
2) климатические коэффициенты
(воздействие тепла, холода, пониженного (вплоть до глубокого
вакуума)
давления,
влажности,
ветра,
агрессивных сред)
3) коэффициенты нагруженности участков
атмосферных
примесей,
31
(нагруженность участка характеризуется категорией линии)
Оценка рисков в методологии базируется на, оценке проектных,
допустимых и фактических (достигнутых) показателей надежности и
безопасности и последующем их сопоставлении между собой.
Допустимые, проектные и фактические показатели надежности и
безопасности относятся к разным этапам жизненного цикла систем ЖАТ.
Методология УРРАН предполагает безотказность и готовность систем
оценивать следующими показателями:
– вероятностью безотказной работы;
– вероятностью отказа;
– средней наработкой на отказ (для восстанавливаемых элементов);
– средней наработкой до отказа (для невосстанавливаемых элементов),
– коэффициентом готовности;
– коэффициентом оперативной готовности.
Безопасность регламентируется следующими показателями:
– вероятностью безопасной работы;
– вероятностью опасного отказа;
– средней наработкой на опасный отказ.
Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализ
надёжности систем ЖАТ проводится посредством целого комплекса
показателей надёжности, к которому относятся показатели безотказности,
долговечности, ремонтопригодности и готовности. Согласно методологии
УРРАН, расчёт показателей надёжности системы или устройства ЖАТ
следует осуществлять исходя из допустимых значений комплексных
показателей надежности, перечень которых приведен в таблице 1.4.
32
Таблица 1.4.
Комплексные показатели надежности
Показатель
Коэффициент
Обозначение
готовности
системы
или устройства ЖАТ
Размерность
k г 
Безразмерная
C t 
Тыс. руб./год
Значение издержек, обусловленных
отказами системы или устройства
ЖАТ
на
участке,
в
течение
планируемого периода
С учётом комплексных
показателей
надежности
системы или
устройства ЖАТ определяют основные показатели надежности, приведённые
в таблице 1.5.
Таблица 1.5.
Показатели надёжности
Показатель
Допустимая интенсивность отказов
Обозначение
доп
Проектная интенсивность отказов
пp
Фактическая интенсивность отказов
ф
Допустимая интенсивность отказов доп – это максимально допустимая
интенсивность отказов рассматриваемой системы или устройства ЖАТ на
участке железной дороги.
Проектная интенсивность отказов пp – это максимально-допустимая
интенсивность отказов данной системы или устройства ЖАТ, независимо от
участка её применения, которая получается на стадии проектирования.
Фактическая интенсивность отказов ф - это достигнутая интенсивность
отказов системы или устройства ЖАТ на заданном участке железной дороги,
которая определяется на стадии эксплуатации системы или устройства.
33
Проектные показатели надежности функционирования систем ЖАТ
могут быть определены на стадии её проектирования. Такой расчет позволяет
выявить принципиальную возможность обеспечения системами ЖАТ
заданных требований УРРАН, выбора оптимального (с точки зрения
надежности
и
безопасности)
варианта
её
построения,
выявления
комплектующих изделий низкого качества, оказывающих значительное
влияние на надёжность системы в целом. Расчет проектных показателей
надежности, готовности и безопасности основан на использовании значений
интенсивностей
отказов
коэффициентов,
учитывающих
эксплуатации,
способы
эталонных
объектов,
реальные
восстановления
системы
условия
поправочных
хранения,
устройств
режимы
автоматики
и
телемеханики. Он базируется на структурных методах расчета.
Фактические показатели надёжности и безопасности определяются на
стадии эксплуатации систем ЖАТ, по результатам ее фактической работы, на
основе данных о различных видах отказов и техническом обслуживании.
Определение фактических показателей надежности осуществляется с
использованием методов математической статистики на основе сведений о
различных отказах систем ЖАТ на стадии эксплуатации.
Значение допустимой интенсивности отказов определяется исходя из
нормативного значения одного из комплексных показателей надёжности,
приведённых в таблице 1.4. Например, на основе
заданного значения
коэффициента готовности kг   0,98 можно определить допустимое значение
интенсивность отказов доп , при котором это условие выполняется. Этот
показатель может быть определен на любом этапе жизненного цикла.
Также доп можно определить исходя из допустимого значения
издержек, обусловленных отказами системы или устройства ЖАТ на участке,
в течение планируемого периода C t .
34
2 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН НА ЭТАПЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И
ТЕЛЕМЕХАНИКИ
2.1 Термины, допущения и задачи применения методологии УРРАН на этапе
проектирования систем ЖАТ
Проектирование систем ЖАТ является одним из первых и основных
этапов жизненного цикла и является длительным и сложным процессом.
Причём под проектированием можно понимать решение двух разных задач:
- разработка новых систем или устройств автоматики и телемеханики
или их модернизация, т.е. конструирование;
- адаптация технических средств систем железнодорожной автоматики
и телемеханики для конкретного объекта по типовым или индивидуальным
проектным решениям, согласно ГОСТ Р 53431- 2009.
На этапе проектирования расчёт показателей надёжности и риска для
систем и устройств ЖАТ проводится для выявления принципиальной
возможности обеспечения системой (устройством) заданных требований по
безотказности и допустимого уровня риска, выбора оптимального (по
критерию безотказности) варианта построения системы (устройства) ЖАТ,
выявления
комплектующих
изделий
низкого
качества,
оказывающих
значительное влияние на надёжность устройства.
Расчёт показателей надёжности систем ЖАТ должен быть основан на
использовании
значений
интенсивности
отказов,
поправочных
коэффициентов, учитывающих реальные условия хранения и режимы
эксплуатации, способов восстановления устройств ЖАТ после наступления
отказов. При этом принимаются следующие допущения:
35
- каждый элемент, блок элементов, устройство в целом могут
находиться
в
одном
из
двух
состояний
–
работоспособном
или
неработоспособном;
- отказы элементов – события независимые и случайные, а
одновременно два и более элемента отказать не могут;
- при расчётах показателей надёжности защитный и опасный отказы не
различаются: защитный и опасный отказ систем и устройств ЖАТ является
отказом изделия;
- вероятность безотказной работы связана с интенсивностью отказов по
экспоненциальному закону;
-
время
восстановления
работоспособности
распределено
по
экспоненциальному закону.
В концепции УРРАН в качестве базового понятия при определении
проектных
показателей
надёжности,
безопасности
и
риска
функционирования систем ЖАТ лежит понятие эталонного объекта типового,
наиболее
распространенного
на
сети
дорог
элемента
соответствующих систем железнодорожной автоматики и телемеханики.
Определение проектных показателей надёжности и безопасности
функционирования системы ЖАТ в целом должно осуществляться с
использованием в качестве исходных данных показателей, рассчитанных для
отдельных эталонных объектов, с учетом эквивалентной схемы их
взаимосвязей в процессе функционирования.
Проектные показатели надежности и безопасности функционирования
эталонных объектов определяют отдельно для эталонных и фактических
условий эксплуатации.
Под эталонными условиями понимаются усреднённые по сети дорог
условия эксплуатации систем ЖАТ, на основе которых получены данные о
надёжности элементов систем или аналогичных элементов и устройств.
36
Под фактическими условиями эксплуатации понимаются условия
эксплуатации на участке, для которого проектируется рассматриваемая
система ЖАТ.
При расчётах можно выделять и рассматривать различные эталонные
объекты, относящиеся к определённому классу систем ЖАТ. Причём в
зависимости от уровня рассмотрения системы ЖАТ могут быть объединены
в более крупные или мелкие группы по разным признакам.
Например, всё множество систем ЖАТ можно разделить на перегонные
и станционные системы. Тогда необходимо рассматривать эталонный объект
перегонной системы ЖАТ и эталонный объект станционной системы ЖАТ
[7]. Под эталонным объектом перегонной системы ЖАТ понимают
эталонный блок-участок (ЭБУ) – соответствует участку железнодорожного
пути на перегоне, на котором по условиям безопасности движения поездов
может находиться одна подвижная единица, оборудованный числовой
кодовой автоблокировкой при электротяге постоянного тока. Элементами
ЭБУ являются: устройство контроля свободности, устройство сигнализации
и управления светофорами, устройство канализации обратного тягового тока,
устройство передачи сигналов на локомотив. ЭБУ обладает следующими
характеристиками:
– Электротяга постоянного тока.
– Система автоблокировки АБ-2-К-25-50-ЭТ-82.
– Частота сигнального тока 50 Гц.
– Трёхзначная сигнализация.
– Используется аппаратура с центральным питанием.
Под эталонным объектом станционной системы ЖАТ понимают
эталонный комплекс технических средств управления стрелкой ЭКС –
соответствует участку железнодорожного пути на станции, на котором по
условиям безопасности движения поездов может находиться одна подвижная
единица,
оборудованный
стрелкой,
включённой
в
электрическую
централизация релейного типа с одним электроприводом переменного тока.
37
Элементами
ЭКС
являются:
устройство
обеспечения
логической
зависимости, комплект переводных и замыкающих устройств, устройство
управления
и
контроля,
устройство
электропитания.
ЭКС
обладает
следующими характеристиками:
– Участок стрелочный.
– Электротяга постоянного тока.
– Используются станционные рельсовые цепи частотой 50 Гц с реле
ДСШ.
– Система централизации МРЦ-13.
– Один стрелочный электропривод с электродвигателем постоянного
тока.
– Схема управления стрелочным электроприводом двухпроводная.
– Установлен один 4-значный карликовый светофор.
– Используется аппаратура с центральным питанием.
Если отдельно выделять и рассматривать горочные системы или
системы диспетчерской централизации, то необходимо определить состав и
характеристики эталонных объектов именно для этих систем.
2.2 Последовательность применения методологии УРРАН для систем ЖАТ
на этапе проектирования
Вначале
необходимо
проанализировать
количественный
и
качественный состав рассматриваемого класса систем ЖАТ, построит
обобщённую структурную или функциональную схему системы, выбрать
один или несколько эталонных элементов (ЭО) с точки зрения удобства
расчёта показателей надёжности и учёта эксплуатационной нагрузки на
участке проектирования, обосновать совокупность возможных эталонных
условий эксплуатации проектируемых систем.
38
Далее производится расчёт показателей надёжности функционирования
ЭО в эталонных условиях эксплуатации. В качестве исходных данных
используются сведения о типах, количестве элементов системы ЖАТ,
статистические данные об их надёжности, структурная схема системы ЖАТ,
показатели, характеризующие фактические условия эксплуатации, кроме
того приводятся характеристики надёжности ЭО в эталонных условиях
эксплуатации. Набор исходных данных зависит от типа рассматриваемых
систем ЖАТ. В качестве методики расчёта рекомендуется использовать
структурные методы расчёта показателей надёжности.
На следующем этапе определяются проектные показатели надёжности
функционирования ЭО системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации,
т.е. необходимо в качестве исходными данных для расчёта использовать
показатели, характеризующие различные условия эксплуатации на участке
проектирования,
коэффициентов.
а
также
Система
систему
соответствующих
поправочных
коэффициентов
поправочных
должна
быть
разработана и обоснована для конкретного типа систем ЖАТ.
После этого можно определить проектные значения показателей
надёжности функционирования системы ЖАТ в фактических условиях
эксплуатации. Расчёт базируется на анализе структуры взаимосвязей ЭО в
процессе их функционирования в системе ЖАТ с учётом значений
проектных показателей надёжности функционирования ЭО в фактических
условиях эксплуатации.
Таким образом, определены показатели для анализа надёжности
системы ЖАТ на этапе проектирования, а также получены исходные данные
для расчёта показателей риска.
39
2.3 Структурные методы расчёта надёжности устройств и систем ЖАТ
Существует несколько различных методов расчёта показателей
надёжности технических устройств вообще и устройств ЖАТ в частности:
метод
прогнозирования
надёжности,
структурные
методы
расчёта
надёжности, физические методы расчёта надёжности. В «Методике расчёта
показателей надёжности устройств СЦБ с учётом реальных условий их
хранения
и
эксплуатации»,
при
расчёте
надёжности
систем
ЖАТ
используются структурные методы расчёта, которые позволяют определять
показатели надёжности систем и устройств ЖАТ на этапах проектирования.
Поэтому подробно рассмотрим методику, основанную именно на этих
методах.
Согласно данной методике, могут быть определены следующие
расчётные показатели надёжности систем и устройств ЖАТ: средняя
наработка на отказ, среднее время восстановления и коэффициент
готовности. Например, данная методика позволит рассчитать показатели
надёжности и безопасности функционирования ЭО системы ЖАТ в
эталонных условиях эксплуатации.
Рассмотрим базовую методику расчёта показателей надёжности ЭО
системы ЖАТ.
Каждый элемент рассматриваемого ЭО системы ЖАТ необходимо
изобразить в виде прямоугольника. Затем прямоугольники соединяются
линиями таким образом, чтобы полученная структурная схема отображала
условия работоспособности. В качестве примера на рис. 2.1 и рис. 2.2
приведены соответственно структурные схемы нерезервированной системы,
состоящей из n элементов, и системы с раздельным (поэлементным)
резервированием.
1
2
n
Рис. 2.1 – Структурная схема нерезервированной системы
40
6
2
1
4
7
5
8
3
Рис. 2.2 –Структурная схема системы с раздельным резервированием
Резервирование
элементов
осуществляется
методами
постоянно
включённого резерва, замещением и с дробной кратностью m=1/2.
Из структурных схем наглядно видны условия работоспособности.
Система на рис. 2.1 работоспособна, если все её элементы исправны. Отказ
любого элемента нарушает работоспособность системы, наступает её отказ.
Система на рис. 2.2 работоспособна, если исправным является элемент 1 и
любой один элемент дублированных пар, а также два любых элемента из
трёх резервированных с дробной кратностью m=1/2.
Далее необходимо, используя сквозную нумерацию обозначить все
прямоугольники, для каждого элемента записать коэффициенты условий
хранения и эксплуатации и определить интенсивности отказов согласно
«Методике расчёта показателей надёжности устройств СЦБ с учётом
реальных условий их хранения и эксплуатации».
Для каждого элемента записываются в таблицу заданные виды отказов,
интенсивности их возникновения и устранения. Значения интенсивностей
возникновения отказов устройств ЖАТ приведены в Приложении 1.
Для
повышения
эффективности
применения
данного
метода
рекомендуется по возможности использовать следующий порядок разработки
расчетной
схемы
надёжности,
её
эквивалентные
преобразования
и
вычисление интенсивности отказов эталонного объекта в эталонных
условиях: В зависимости от наличия или отсутствия резервирования, а при
41
его наличии в зависимости от вида резервирования, интенсивность отказов
одних и тех же элементов при различных схемах соединения различается.
Анализируя структурную схему ЭО, в ней выявляют типовые
эквивалентные схемы расчета надежности, представленные в таблице П.2.1
Осуществляют
преобразования
схемы
расчета
надежности
для
получения результирующего выражения, позволяющего вычислить общую
интенсивность отказов ЭО. Пример преобразований представлен в таблице
П.2.2.
Используя данные об интенсивности отказов отдельных элементов и
полученное
результирующее
выражение
вычисляют
результирующую
интенсивность отказов ЭО.
Таким образом, в зависимости от уровня детализации и наличия
исходных данных можно определить показатели надёжности на этапе
проектирования как для новых разрабатываемых устройств и систем, так и
для устройств, которые входят в состав эталонных элементов различных
систем ЖАТ, чтобы можно было определить проектные показатели
надёжности систем железнодорожной автоматики и телемеханики с учётом
условий эксплуатации, для которых адаптируется данная система.
2.4 Определение проектных показателей надёжности систем ЖАТ с учётом
условий эксплуатации
2.4.1 Представление исходных данных
В результате анализа количественного и качественного состава
рассматриваемого класса систем ЖАТ, используемых на всей сети дорог,
выбирается один или несколько ЭО системы, на основе которых в
дальнейшем с помощью поправочных коэффициентов можно будет описать
любую систему ЖАТ данного класса на любом участке проектирования.
Например, для системы электрической централизации (ЭЦ) ЭО представляет
42
собой совокупность технических средств, обладающую следующими
характеристиками: участок стрелочный, электротяга постоянного тока,
станционные рельсовые цепи частотой 50 Гц с реле ДСШ, система
централизации
МРЦ-13,
электродвигателем
один
постоянного
тока,
стрелочный
схема
электропривод
управления
с
стрелочным
электроприводом двухпроводная, установлен один 4-значный карликовый
светофор, аппаратура с центральным питанием.
Тогда в качестве исходных данных для расчёта используется
интенсивность отказов ЭО в эталонных условиях эксплуатации ЭО  ,
определяемая согласно методу, подробно рассмотренному в разделе 2.3
настоящего учебного пособия:
– составляется структурная схема ЭО;
– собираются и приводятся данные о надёжности элементов, входящих
в состав ЭО;
– составляется эквивалентная расчётная схема надёжности ЭО,
отображающая условия работоспособности ЭО;
– осуществляют эквивалентные преобразования расчётной схемы,
составляется граф состояний, решаются системы линейных уравнений с
целью получения результирующего выражения для расчета интенсивности
отказов ЭО.
Исходные данные, промежуточный и итоговый расчёты интенсивности
отказов элементов ЭО в эталонных условиях эксплуатации удобно
представлять в форме таблиц, общий вид которой представлен в виде
таблицы 2.1.
43
Таблица 2.1
Расчёт интенсивности отказов ЭО
Наименование
Количество,
ед
Тип
Суммарная
Интенсивинтенсивность,
Примечание
ность,
-6
10 1/ч
10-6 1/ч
С помощью последовательных преобразований и таблиц получается
значение расчетной интенсивности отказов ЭО в эталонных условиях
эксплуатации: ЭК  .
Далее
определяется
на
основе
документации
совокупность
и
схема
по
проектируемому
размещения
ЭО,
участку
замещающих
соответствующие реальные элементы рассматриваемой системы ЖАТ.
Например, для системы ЭЦ анализируется однониточный план станции
согласно следующему алгоритму:
– в однониточном плане станции выделяются изолированные участки
(стрелочные и бесстрелочные);
–
каждый
участок
заменяется
ЭО,
который
изображается
в
виде
прямоугольника;
– все полученные ЭО нумеруются сквозной нумерацией.
– для каждого ЭО составляется перечень характеристик замещаемого им
реального элемента системы ЭЦ, представленный в таблице 2.2.
44
Таблица 2.2
Характеристики ЭО системы ЭЦ
Тип, марка, характеристика технических средств
Тип участка (стрелочный / изолированный)
Примечание:
количество
технических средств,
ед; расстояния, м
(если стрелочный, то
указать вид)
Марка путевого приемника
Марка стрелочного электропривода
(для стрелочных
участков)
Марка электродвигателя стрелочного электропривода
(для стрелочных
участков)
Тип
системы
управления
стрелочным –
электроприводом
Марка(и) и тип(ы) светофоров
Вид тяги (постоянного тока / переменного тока /
автономная тяга)
– составляется схема размещения ЭО по плану станции путем изображения
ЭО в порядке их размещения на плане станции с учетом присвоенной им
нумерации.
Для других систем ЖАТ алгоритм составляется аналогично с учётом
особенностей функционирования данного класса систем.
Далее
приводятся
сведения
об
используемой
на
участке
проектирования конкретной системы ЖАТ, а также данные о фактических
условиях эксплуатации. Результаты сводят в таблицу, пример составления
которой для системы ЭЦ представлен в таблице 2.3.
45
Таблица 2.3
Общая характеристика ЭЦ и условий её применения
Характеристика
Примечание
Марка системы централизации
Марка
Климатическая зона
Номер зоны от 1 до 9
Категория линии
Скоростная / особогрузонапряженная
/ I – IV категория
Таким образом, на данном этапе:
- определяются эталонные объекты системы ЖАТ;
- определяются эталонные условия эксплуатации для ЭО;
- рассчитываются интенсивности отказов ЭО в эталонных условиях
эксплуатации;
- составляется схема замещения проектируемой системы ЖАТ с
помощью ЭО;
-
задают
условия
эксплуатации
системы
ЖАТ
на
участке
проектирования.
2.4.2 Определение проектной интенсивности отказов эталонного объекта в
фактических условиях эксплуатации
Согласно предыдущему разделу получены исходные данные для
определения проектной интенсивности отказов каждого ЭО в фактических
условиях эксплуатации, которые включают в себя сведения из полученных
таблиц, а также расчетную интенсивность отказов ЭО в эталонных условиях
эксплуатации ЭО  .
Проектная интенсивность отказов ЭО в фактических условиях
эксплуатации  λЭО  определяется путем корректировки, применяемой по
отношению к проектной интенсивности отказов ЭО в эталонных условиях
эксплуатации.
46
Корректировка осуществляется с помощью системы поправочных
коэффициентов, уточняющих условия применения каждого ЭО в конкретной
системе ЖАТ в фактических условиях эксплуатации.
Разработка перечня таких коэффициентов и определение их значений
требует решения различных исследовательских задач, анализ данных об
эксплуатации
аналогичных
систем
и
устройств
и
особенностей
функционирования того или иного класса систем ЖАТ.
Система поправочных коэффициентов включает в себя следующий
перечень:
– k т – поправочный коэффициент типа элемента системы ЖАТ;
– k o – поправочный коэффициент оснащенности участка;
– kк – поправочный климатический коэффициент;
– kн – поправочный коэффициент нагруженности участка железной дороги.
Рассмотрим подробнее каждый из представленных коэффициентов.
Поправочный коэффициент типа элемента k т системы ЖАТ служит
для учёта различной элементной базы, используемой в реальных устройствах
и системах ЖАТ. Он представляет собой произведение частных поправочных
коэффициентов,
учитывающих
различные
характеристики
отдельных
элементов систем ЖАТ:
7
k т   k тi .
i 1
(2.1)
Наименование некоторых частных поправочных коэффициентов будут
общими для всех систем ЖАТ, а некоторые коэффициенты будут характерны
только для определённых систем ЖАТ. Смысловое значение коэффициентов,
входящих в формулу (2.1) на примере для системы ЭЦ раскрыто в таблице
2.4.
47
Таблица 2.4
Перечень поправочных коэффициентов
Обозначение
Название коэффициента
Учитываемая характеристика
коэффициента
Коэффициент учета типа Учет типа участка
k m1
участка
Коэффициент учета марки Учет марки путевого реле
km2
путевого реле
Коэффициент учета марки Учет
k m3
стрелочных
марки
стрелочных
электроприводов
электроприводов
Коэффициент учета марки Учет
km4
электродвигателей
марки
электродвигателя
стрелочного электропривода
Коэффициент учета типа Учет типа системы управления
k m5
системы
управления стрелочным электроприводом
стрелочным
электроприводом
Коэффициент учета типа Учет типа светофоров
k m6
светофоров
Коэффициент учета вида Учет вида тяги на участке
k m7
тяги
Примечание: Значение коэффициента k m является уникальным для каждого ЭО в силу
следующей специфики. ЭО замещает реальные элементы системы ЭЦ, однако в пределах
одной станции могут использоваться сочетания нескольких различных типов и марок
замещаемых элементов ЭЦ. Следовательно, интенсивности отказов ЭО, замещающих
различные элементы, также различны.
Рекомендуемые
значения
поправочных
коэффициентов
обычно
приводятся в приложениях методик расчёта для соответствующих систем
ЖАТ.
48
Поправочный коэффициент оснащённости участка характеризует
зависимость технических и надёжностных характеристик используемой на
участке проектирования системы ЖАТ от структуры взаимосвязей элементов
между уровнями управления. Он включает в себя частные поправочные
коэффициенты, учитывающие оснащенность. Наименование некоторых
частных поправочных коэффициентов будут общими для всех систем ЖАТ, а
некоторые коэффициенты будут характерны только для определённых
систем ЖАТ. Для системы ЭЦ такими коэффициентами будут:
– устройствами обеспечения логической зависимости – k o1 ;
– комплектами переводных и замыкающих устройств – k o 2 ;
– устройствами управления и контроля – k o 3 ;
– устройствами электропитания – k o 4 .
Значения
коэффициентов
k o1 – k o 4
рекомендуется
определять
по
приложениями к соответствующим методикам.
Результирующий коэффициент представляет собой произведение
частных коэффициентов:
4
k o   k oi .
i 1
(2.2)
Поправочный климатический коэффициент kк служит для учета
влияния климатических особенностей района применения на надёжность
функционирования аппаратуры системы ЖАТ. Значение коэффициента
определяется номером климатической зоны из таблицы 3.. Карта номеров
климатических зон для Европейской части России представлена на рис.
П.3.1, а значения поправочного коэффициента – в таблице П.3.1.
Поправочный коэффициент нагруженности участка железной дороги kн
учитывает количество и характер использований аппаратуры системы ЖАТ в
фактических условиях эксплуатации для реализации управления на
проектируемом участке. Количество реализаций управляющих воздействий
49
зависит от размеров и характера движения поездов на участке, где будет
функционировать исследуемая система ЖАТ, а, следовательно, зависит от
категории участка. Категория линии определяется из таблицы 2.4, а значение
коэффициента – из таблицы П.3.2.
После
определения
значений
поправочных
коэффициентов
вычисляется значение проектной интенсивности отказов ЭО в фактических
условиях эксплуатации  λЭО  с использованием расчётной формулы:
 λЭО  λЭО   k т  k o  k н  k к .
(2.3)
Процесс вычисления  λЭО  повторяется для всех ЭО, выделенных в
разделе 2.4.1. Результаты вычислений сводят в таблицу 2.5.
Таблица 2.5
Таблица значений проектных интенсивностей отказов ЭО в фактических
условиях эксплуатации
 λЭО 
№ ЭО
2.4.3 Определение значений проектных показателей надёжности
функционирования системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации
Перечень проектных показателей надёжности функционирования ЖАТ
в фактических условиях эксплуатации включает в себя:
– интенсивность отказов системы ЖАТ;
– среднюю наработку на отказ системы ЖАТ;
– коэффициент готовности системы ЖАТ.
Определение значений проектной интенсивности отказов ЖАТ в
фактических условиях эксплуатации:
50
Исходные
данные
для
определения
проектного
значения
интенсивности отказов системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации
включают в себя:
– таблицу 2.5 значений проектных интенсивностей отказов ЭО в
фактических условиях эксплуатации;
– схему размещения ЭО на проектируемом участке.
В соответствии со схемой размещения ЭО составляется эквивалентная
схема расчёта надёжности проектируемой системы ЖАТ, с помощью
которой согласно методу, рассмотренному в разделе 2.3, получают
расчётную формулу вычисления значения проектной интенсивности отказов
системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации  λпр  . При расчёте по
полученной формуле в качестве интенсивностей отказов входящих в систему
элементов используются интенсивности отказов  λЭО  из таблицы 2.5.
Для определения значения проектной наработки на отказ системы ЭЦ в
фактических условиях эксплуатации в качестве исходных данных для
расчёта используется значение  λпр  .
Величина расчётной средней наработки системы ЖАТ на отказ
о
 TЖАТ
 определяется, как обратная к величине  λпр  по формуле:
о
 TЖАТ

1
 пр 
.
(2.4)
При определении значения проектного коэффициента готовности
системы ЖАТ необходимо учитывать не только интенсивность отказов
системы ЖАТ  λпр  , но и интенсивность её восстановлений   ЖАТ  .
Интенсивность восстановлений системы ЖАТ может быть найдена, как
величина, обратная среднему времени до восстановления работоспособного
состояния системы ЖАТ T рем :
 μЖАТ 
1
Tрем
.
(2.5)
51
Среднее время восстановления в общем случае определяется как сумма
среднего времени поиска неисправности Tп , среднего времени оповещения о
появившейся неисправности Toп , среднего времени, затрачиваемого на
проследование к отказавшему устройству Tпр , и собственно среднего
времени устранения неисправности:
T рем  Tп  Tпр  Tус  Ton .
Время
восстановления
зависит
от
(3.6)
множества
факторов,
как
объективных, например, конфигурации и оснащённости участка, метода
обслуживания; так и субъективных, определяемых индивидуальными
психофизическими особенностями персонала, устраняющего неисправности.
В
зависимости
от
того,
какие
исходные
данные
имеются,
рассматриваются два варианта оценки времени восстановления:
а) какие-либо данные о конфигурации и оснащенности участка
отсутствуют;
б) имеются статистические данные, основанные на результатах
измерения
фактического
времени
устранения
неисправностей
на
анализируемом участке.
В первом случае ориентировочная оценка времени восстановления
может осуществляться на основе среднесетевых значений, приведённых в
таблице П.4.1.
В случае если имеются статистические данные о фактическом времени
восстановления объектов на участке, среднее время восстановления может
быть вычислено в соответствии с различными методами, например, методами
статистического моделирования. Т.к. методы и основанные на них методики
требуют отдельных исследований и представляют сложную научную и
практическую задачу. В данном пособии их рассматривать не будем, а
воспользуемся среднесетевыми значениями времени до восстановления.
Тогда
проектный
коэффициент
готовности
системы
фактических условиях эксплуатации вычисляется по формуле:
ЖАТ
в
52
 K Г 
Таким
образом,
 λпр 
 λпр    μЖАТ 
приведенные
методики
(2.7)
позволяют
вычислить
следующие проектные показатели надёжности системы ЖАТ:
– интенсивность отказов системы ЖАТ –  λпр  ;
о
– среднюю наработку на отказ системы ЖАТ –  TЖАТ
;
– коэффициент готовности (комплексный показатель) –  K Г  ;
– интенсивность отказов эталонного объекта системы ЖАТ –  λЭО  .
При расчёте указанных показателей учитываются такие факторы,
характеризующие фактические условия эксплуатации, как оснащённость
систем, климатические условия в районе предполагаемой эксплуатации,
нагруженность элементов системы ЖАТ операциями по реализации
перевозочного процесса.
Полученные данные используются в расчёта величины риска для
проектируемой системы ЖАТ, а также для анализа и управления
надёжностью согласно методологии УРРАН.
Если при анализе показателей надёжности требуемые условия не
выполняются пр  доп , то принимается решение об использовании других
систем ЖАТ на данном участке проектирования или о необходимости
применения специальных мер по техническому обслуживанию и ремонту на
данном участке проектирования. При этом вновь предлагаемые системы и
проектные решения рассматриваются и оцениваются аналогичным образом.
53
3 АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ НА
ЭТАПЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН
3.1 Постановка задачи
На этапе эксплуатации системы ЖАТ в конкретных условиях
применения важно оценить фактический уровень её надежности, который в
дальнейшем мы будем называть достигнутым, а на основе полученной
оценки проанализировать, соответствует ли система ЖАТ в фактических
условиях эксплуатации при фактическом состоянии процесса технического
обслуживания и ремонта предъявляемым к ней требованиям по надёжности и
рискам.
Важно заметить, что анализ показателей надёжности систем ЖАТ не
должен исчерпываться ответом на вопрос: «Соответствует система ЖАТ и
реализуемая по отношению к ней технология технического обслуживания и
ремонта на заданном участке железных дорог допустимым значениям
показателей надёжности или нет?», но также должна давать ответы на
вопросы:
– Имеется ли у системы ЖАТ запас по надёжности?
– Если запас имеется, то какова его величина?
– Наблюдается ли у системы ЖАТ тенденция к изменению уровня
надёжности и насколько она сильная?
Кроме указанных основных вопросов анализ надёжности системы ЖАТ
возможно должен давать ответы и на ряд иных связанных вопросов.
Задача анализа уровня надёжности систем ЖАТ на этапе эксплуатации
является сложной. Её решение для упрощения можно разбить на две
последовательных независимых стадии:
– оценка достигнутых показателей надёжности системы ЖАТ в
фактических условиях эксплуатации;
54
– анализ показателей надёжности системы ЖАТ.
Под оценкой достигнутых показателей надёжности системы ЖАТ
далее понимается расчет количественных значений показателей, на основе
статистических данных о функционировании конкретной системы на этапе
эксплуатации. Анализ показателей надёжности, в свою очередь, заключается
в
сопоставлении
в
различных
сочетаниях
рассчитанных
на
этапе
эксплуатации достигнутых показателей с показателями, рассчитанными на
этапе проектирования – так называемыми проектными, а также – с
допустимыми показателями, установленными для данного участка железных
дорог.
3.2 Оценка достигнутых показателей надёжности системы ЖАТ
3.2.1 Общие положения
Как указано ранее, под термином «надежность» понимают сложное
свойство
технических
систем,
включающее
в
себя:
безотказность,
долговечность, ремонтопригодность, а также комплексное свойство –
готовность системы, которая оценивается, в частности, коэффициентом
готовности, либо коэффициентом оперативной готовности, а также ряд иных
свойств. Указанные свойства «надежности» и «готовности» оценивают
совокупностью соответствующих количественных показателей.
Рассмотрим, как осуществить оценку выделенных в предыдущих
разделах показателей на этапе эксплуатации. Такими показателями являются:
– уровень безотказности технической системы;
– уровень готовности технической системы.
Напомним, что:
– Под безотказностью технической системы в общем случае понимают
способность системы находиться в исправном или работоспособном
состоянии, или иначе – способность системы не давать отказов.
55
– Под готовностью технической системы в общем случае понимают
долю времени её нахождения в исправном (работоспособном) состоянии по
отношению
планируемых
к
суммарному
периодов
времени
времени,
эксплуатации,
когда
за
использование
исключением
системы
по
назначению не предусматривается. Следует отметить, что суммарное время
эксплуатации системы, включает в себя, в том числе, перерывы в работе
системы
на
ремонт
и
восстановление
исправного
состояния
при
возникновении в ней отказов.
В каждом конкретном случае можно использовать и иные трактовки
данных определений, которые могут быть как детерминированными, то есть
не
учитывающими
функционирования
случайной
технических
природы
систем,
описываемых
так
и
процессов
стохастическими
(вероятностными), в основе которых лежит анализ вероятностной природы
описываемых процессов.
В связи с возможностью различных трактовок одних и тех же терминов
с различных позиций возникает необходимость конкретизации подхода.
Итак, как свойство готовности, так и свойство безотказности связаны с
понятием отказа, как события, заключающегося в переходе технической
системы из работоспособного состояния в неработоспособное. Свойство
готовности связано также с понятием восстановления – такого события в
результате
которого
техническая
система
возвращается
из
неработоспособного состояния в работоспособное.
В связи с этим следует заметить, что отдельный отказ технических
средств систем ЖАТ является событием случайным, так как в конкретный
момент времени он с некоторой вероятностью может возникнуть, а с другой
– не возникнуть. Случайной величиной является и интервал времени между
двумя соседними отказами средств ЖАТ. Интервал времени между двумя
соседними восстановлениями также является случайной величиной. Поэтому
в дальнейшем будем использовать вероятностные трактовки указанных
56
определений. Аналогичные трактовки закреплены в соответствующих
ГОСТах и ОСТах .
Если говорить о свойствах готовности и безотказности, то они сами
определяются с использованием частных показателей. Например, как указано
ранее, свойство готовности следует оценивать коэффициентами готовности и
(или) оперативной готовности. В данном пособии мы ограничимся оценкой
готовности на основе коэффициента готовности системы ЖАТ.
Под коэффициентом готовности в вероятностной трактовке понимают
вероятность застать техническую систему в работоспособном (исправном)
состоянии в некоторый (произвольный) момент времени.
Что касается безотказности, то номенклатура частных показателей
зависит
от
того
рассматривается
восстанавливаемый
объект
или
невосстанавливаемый, в частности:
– Для невосстанавливаемого объекта имеет смысл определение средней
наработки до отказа, либо обратной величины, называемой интенсивностью
отказа.
– Для восстанавливаемого объекта следует определять среднюю
наработку на отказ, либо обратную величину, называемую интенсивностью
отказов.
Следует отметить, что оценка значений указанных показателей и
является основной задачей при оценке безотказности на этапе эксплуатации,
так как они являются первичными при определении иных показателей
безотказности, таких как вероятность безотказной работы и ряда других.
Для того, чтобы разработать методику оценки значений показателей
надёжности и готовности системы ЖАТ необходимо разработать модель
функционирования системы ЖАТ с точки зрения работоспособности и
неработоспособности.
Для этого учтем, что переход системы ЖАТ из работоспособного
состояния
в
неработоспособное
–
отказ,
а
также
включение
отремонтированного объекта в работу – восстановление, по длительности на
57
порядки меньше длительностей работоспособного и неработоспособного
состояний
технического
объекта,
поэтому
при
оценке
показателей
надёжности их удобно рассматривать как мгновенные события. Но оси
времени их можно изображать отдельными точками.
Если все отказы (и восстановления) элементов системы ЖАТ
обозначить совокупностью точек на оси времени, то интервалы времени
между ними представляют собой независимые одинаково распределённые
случайные величины, а вся совокупность точек образует случайный процесс,
представленный на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Процесс функционирования системы ЖАТ
В данном процессе интервал времени между точкой восстановления
работоспособного состояния (она ограничивает интервал слева) – точкой
восстановления и точкой возникновения неработоспособного состояния (она
ограничивает интервал справа) – точкой отказа, называется наработкой
системы ЖАТ на i-ый отказ, а интервал времени между точкой отказа и
58
точкой восстановления состояния системы ЖАТ, называется временем до iго восстановления системы. При этом отдельная наработка на i-ый отказ и
отдельное
время
до
i-го
восстановления
являются
(случайными)
реализациями указанного процесса.
Таблица 3.1
Характеристика
Суть характеристики
Значение характеристики
Математическое
ожидание
Среднее значение случайной
величины
Медиана
Значение, разделяющее множество
наблюдений на две равные части:
50 % «нижних» единиц ряда данных
   t  1 / 3  0.02 /(  t )
будут иметь значение признака не
больше, чем медиана, а «верхние»
50 % — значения признака не
меньше, чем медиана
Мода
Значение во множестве
наблюдений, которое встречается
наиболее часто
  t 
Дисперсия
Мера разброса случайной
величины, то есть её отклонения от
математического ожидания
 t
Коэффициент
асимметрии
Величина, характеризующая
асимметрию (несимметричность)
распределения
  t 1 / 2
Коэффициент
эксцесса
(коэффициент
островершинности)
Мера остроты пика
  t 1
 t
Из статистики функционирования технических систем установлено,
что процесс возникновения отказов (в виде точек) на участке нормального
функционирования технического объекта может быть достаточно хорошо
описан распределением Пуассона:
59

PY  k  
k


  t k  t

e
e
k!
k!
где k – количество отказов на интервале времени от нуля до t ;
(3.1)
 – интенсивность отказов;
е  2.718281828 ... – основание натурального логарифма;
PY  k  – вероятность того, что количество отказов Y будет равно k .
Под
участком
нормального
функционирования
системы
ЖАТ
понимают интервал времени, когда закончен процесс приработки и еще не
проявился процесс старения её элементов.
Некоторые
основные
характеристики
распределения
Пуассона
приведены в таблице 3.1.
При этом вероятность того, что количество отказов на интервале
времени от нуля до t составит не более k определяется по формуле:
k
PY  k   
  t n  e t
(3.2)
n
!
n 0
Что касается распределения интервалов времени между отказами, то
они в потоке Пуассона описываются показательным (экспоненциальным)
распределением:
(3.3)
PT  t   e t
где PT  t  – вероятность того, что время T между двумя отказами
составит не более некоторого наперед заданного интервала t .
Суть экспоненциального распределения состоит в том, что время, в
течение которого технический объект проработал, не влияет на время,
которое технический объект еще проработает до следующего отказа.
Следует отметить, что экспоненциальное распределение базируется на
предположении о том, что на достаточно малом временном интервале t  0
может наступить не более одного события, тогда как вероятность
наступления двух и более событий несущественна.
В
частном
невосстанавливаемым,
случае,
закон
когда
технический
Пуассона
(3.1)
объект
является
превращается
в
60
экспоненциальный (4.3). Для этого выполняется подстановка k  0 . Формула
(4.1) при этом позволяет вычислить вероятность того, что на заданном
интервале времени функционирования технического объекта не наступит ни
одного отказа. В этом случае говорят о вероятности безотказной работы
технического объекта на интервале времени от нуля до t . График функции
представлен на рис. 3.2.
1,2
1
Вероятность
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Время, ч
Интенсивность 0,15 1/ч
Интенсивность 0,3 1/ч
Рис. 3.2. Вероятность безотказной работы невосстанавливаемого объекта
Из подстановки в формулу (3.3) значения t  0 , следует, что
изначально в момент включения технический объект гарантированно
работоспособен. Чем больший интервал времени от включения объекта в
работу рассматривается, тем меньше вероятность того, что он сохранит свою
работоспособность. Интенсивность отказов влияет на то, насколько быстро
убывает вероятность безотказной работы: чем интенсивность выше, тем
убывание происходит быстрее. Вместе с тем, линия, описываемая формулой
(4.3) является асимптотически сходящейся с началом координат. Откуда
следует, что вероятность безотказной работы объекта никогда не будет равна
нулю, хотя и будет как угодно мало отличаться от него. Это означает, что в
61
принципе технический объект может проработать как угодно долго, но такое
событие имеет ничтожную вероятность.
Итак, для описания распределения интервалов времени между
отказами достаточно воспользоваться показательным законом (3.3).
данном
выражении
характеризующий
имеется
надёжность
единственный
технического
численный
объекта,

В
параметр,
–
средняя
интенсивность отказов. Зная его, можно вычислить вероятность безотказной
работы конкретного технического объекта.
Величина  в вероятностной трактовке определяется как условная
плотность вероятности возникновения отказа изделия, определяемая для
рассматриваемого момента времени, при условии, что до этого момента отказ
не возник.
Она часто определяется как отношение частоты отказов  t  на
интервале времени от нуля до t к вероятности безотказной работы объекта
на этом участке Pt  :
 t 
1  dP 

(3.4)
.
Pt  Pt   dt 
Для показательного распределения величина  t  постоянна, поэтому
 t  

её записывают без аргумента, как  .
Как указано выше, интенсивность потока отказов характеризует
надёжность технического объекта, но не учитывает необходимости затрат
времени на его восстановление. Для более полного описания процесса
функционирования восстанавливаемой технической системы используют
комплексный показатель – коэффициент готовности.
Коэффициент готовности есть вероятность того, что изделие окажется
работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых
периодов, в течение которых применение объекта по назначению не
предусматривается.
62
Для вычисления коэффициента готовности необходимо описать
случайный процесс восстановлений технического объекта.
Процесс восстановлений принято описывать аналогично процессу
отказов, то есть с использованием потока Пуассона (простейшего потока).
Численным параметром данного
процесса является величина

–
интенсивность потока восстановлений, которая подставляется в выражения
(3.1) и (3.3) на место  .
В этом случае, коэффициент готовности вычисляется по известной
формуле:
Kг 


.
(3.5)
Все рассмотренные ранее величины являются вероятностными. И,
важным является то, что при расчете одной вероятностной величины,
например, вероятности по формуле (3.1) в качестве исходных данных
используется вероятностный параметр  . Для описания вероятностных
величин необходимо знать их функции распределения вероятностей F t  или
функции плотности распределения вероятностей
f t  . Это позволит,
например, оценить вероятность появления того или иного значения величины
в некотором наперед заданном диапазоне и т.д. Для решения указанной
задачи используется взаимосвязь между вероятностными и статистическими
величинами.
Суть взаимосвязи состоит в следующем. Для каждой вероятностной
величины
существует
её
статистический
аналог,
так
называемая
статистическая оценка, а для каждой функции плотности вероятности
случайной величины
- её статистический аналог, изображаемый в виде
гистограммы, либо в виде полигона частот. Статистический аналог
плотности вероятности случайной величины в дальнейшем будем именовать
эмпирической функцией плотности вероятности.
63
Разность между статистической оценкой некоторой величины и
вероятностным значением случайной величины состоит в том, что
статистическая оценка всегда описывает ограниченную, пусть и очень
большую совокупность результатов измерения реализаций случайной
величины, а потому статистическая оценка содержит погрешность. Для учета
данной
разницы
в
дальнейшем
статистические
оценки
параметров
вероятностных распределений будем обозначать знаком тильды над их
~
обозначением, например,  – статистическая оценка интенсивности отказов
~
системы ЖАТ  – статистическая оценка интенсивности восстановлений.
Важно заметить, что указанная погрешность оценки в общем случае
тем меньше, чем больше объем выборки, то есть количество измерений
случайной величины, и стремится к нулю с увеличением количества
измерений
к
бесконечности
при
условии,
что
выборка
является
представительной. Под представительной выборкой понимают такую
выборку, которая обладает свойством репрезентативности, то есть полноты и
адекватности
представления
свойств
так
называемой
генеральной
совокупности – множеством всех возможных реализаций случайной
величины (это множество может быть как конечным, так и бесконечным).
Соответственно, статистические свойства представительной выборки схожи с
аналогичными свойствами генеральной совокупности.
При
подборе
вероятностной
плотности
вероятности
случайной
величины интенсивности отказов или восстановлений по наблюдаемым
данным об указанных величинах, по существу, в компактной форме должны
суммироваться статистические данные, содержащиеся в анализируемой
выборке.
Подбор функции плотности распределения вероятностей обычно
осуществляют методом моментов. Сами моменты различных порядков
характеризуют различные свойства функции плотности вероятностей.
64
Момент первого порядка есть математическое ожидание, вычисляемое по
формуле:

mt   t  f t dt .
(3.6)

Статистический момент первого порядка есть среднее арифметическое:
n
~ 
m
t
 ti
i 1
,
n
где n – количество измерений случайной величины времени.
Момент второго порядка есть дисперсия:
Dt 

 t  mt 
2
(3.7)
 f t dt .
(3.8)

Статистический момент второго порядка – это выборочная дисперсия,
вычисляемая по формуле:
n
~
Dt 
 ti  m~t 
2
i 1
.
(3.9)
n 1
Как указано ранее, в представительной выборке при n  
статистические моменты приближаются по значениям к вероятностным:
~
~ m , D
m
(3.10)
t
t
t  Dt .
С учетом указанных замечаний решение задачи распадается на пять
этапов:
– сбор исходных данных;
–
подбор
вида
функции
плотности
вероятностей
на
основе
эмпирической функции плотности вероятностей;
– вычисление статистических оценок моментов случайной величины;
– присвоение моментам случайной величины их статистических
оценок;
– проверка гипотезы об адекватности подобранной функции данным
выборки.
Далее рассмотрим метод получения статистических оценок случайных
~
величин  и ~ .
65
3.2.2. Сбор и представление исходных данных
В качестве исходных данных для расчёта показателей надёжности
системы ЖАТ следует использовать отчёты, предоставляемые различными
современными информационными системами, а при их отсутствии – из
карточек учёта отказов, журналов повседневной эксплуатации, актов
технических ревизий, рекламаций и анкет опроса электромехаников.
Например, при использовании информации из комплексной системы
управления хозяйством сигнализации, централизации и блокировки второго
поколения – АСУ-Ш-2 исходные данные можно получить на основе отчетов,
формируемых из единой базы данных «Оснащённость устройствами СЦБ»
всей сети железных дорог.
Для этого выполняют следующие действия.
1.
Осуществляют
выборку
данных
о
системе
ЖАТ
и
её
функционировании на конкретном участке железных дорог за расчётный
период времени. При первоначальной оценке расчетный период составляет
календарный год (для малых участков период может в последующем
удлиняться). Отсчет событий начинают от момента времени 00:00 01 января
рассматриваемого года.
Результаты сводят в таблицу 4.2.
Таблица 3.2
Данные о функционировании системы ЖАТ (пример)
№ Событие
п/п
1.
Отказ
Условный
номер
события
№1
Дата,
(число:месяц:год)
Время,
(часы:минуты)
14.05.2012
12:55
2.
Восстановление
№1
14.05.2012
13:40
3.
Отказ
№2
17.05.2012
03:22
…
Примечание: Каждому конкретному отказу присваивается условный номер путем сквозной нумерации, восстановление
системы ЖАТ после отказа с заданным условным номером обозначается тем же условным номером.
66
2. Осуществляют перевод единиц измерения таким образом, чтобы
выразить моменты отказов и восстановлений в часах с начала отсчета в 00:00
01 января рассматриваемого календарного года. При этом отдельно
переводят число, месяц, год и минуты. Прошедшая доля текущего часа при
известном количестве прошедших минут определяется как:
часмин   мин .
60
(3.11)
Результат округляют до сотых.
Прошедшее количество часов от начала календарного месяца при
известном числе в месяце определяют как:
часчисло   24  число   1 .
(3.12)
Прошедшее количество часов от начала календарного года до начала
календарного месяца:
часмесяц 
n  2;
0

n 1

24

 N i 2  n  12,

i 1

(3.13)
где n – номер анализируемого календарного месяца;
N i – количество дней в i-ом месяце.
Если расчетный период составляет более одного года, то следует
осуществить перевод в количество часов календарных лет:
m  z;
0

часг од    m
M j m  z,
24  
jz

(3.14)
где m – календарный год, когда наступило рассматриваемое событие;
z – календарный год, соответствующий началу анализируемого
периода;
M j – количество дней в j-ом году.
Окончательно, время события, выраженное в часах, прошедших с
начала расчетного периода определяется по формуле:
час  час  часмин   часчисло   часмесяц   часгод  ,
(3.15)
67
где час – час наступления события.
Например, если началом расчетного периода является 00:00 01 января
2011 года, а событие наступило 03 марта 2012 года в 12:45, то ему
соответствует промежуток времени равный:
час  12
час мин   45 / 60  0,75
часчисло   24  3  1  48
часмесяц   24  31  29  24  60  1440 - 31 день в январе и 29 дней в
феврале
час г од   24  365  8760
- 365 дней было в 2011 году.
Итого, время наступления события от начала расчетного периода есть:
tсобытия  12  0,75  48  1440  8760  10260 ,75 часа
3. Результаты расчета времени событий сводят в таблицу аналогичную
таблице 4.3.
Таблица 3.3
Данные о функционировании системы ЖАТ, выраженные в часах (пример)
№
п/п
1.
Событие
Время, ч
Отказ
10260,75
2.
Восстановление
10261,00
3.
Отказ
10275,50
…
….
…
При составлении таблицы необходимо обеспечить строгое чередование
между отказами и восстановлениями. Здесь следует отметить, что в
отраслевых стандартах оговаривается отсутствие накопления отказов. Что
выражается в требовании, чтобы до наступления нового отказа, старый был
ликвидирован, однако, на практике, бывают случаи, когда в процессе
устранения одного отказа регистрируется новый. В этом случае в таблице 3.2
может быть несколько строчек подряд заполненных формулировкой «отказ»
68
или формулировкой «восстановление». Тогда в таблице 3.3 необходимо
такие отказы, происходящие сериями, объединить в один (кратный). Для
полученного таким образом отказа следует в качестве времени его
возникновения указать время возникновения первого отказа в серии, а в
качестве времени восстановления – время устранения последнего отказа в
серии.
4. На основе таблицы 3.3 вычисляют наработки на i-ый отказ, а также
времени до i-го восстановления (здесь i – условный номер события).
Как следует из рисунка 3.1 наработка на i-ый отказ есть интервал
времени между восстановлением после i-1 отказа и возникновением i-го
отказа. Следовательно, значение наработки можно вычислить по формуле:
Ti o  tio  tiв1 ,
(3.16)
где tio – момент времени i-го отказа из таблицы 3.3;
tiв1 – момент времени i-1-го восстановления из таблицы 3.3.
Для первого отказа в качестве момента предыдущего восстановления
следует брать время начала расчетного периода t=0.
Время до i-го восстановления есть интервал времени между i-ым
отказом и i-ым восстановлением (см. рис. 3.1):
Ti в  tiв  tiо .
(3.17)
Результаты расчета сводят в таблицу аналогичную таблице 3.4.
Таблица 3.4
Данные о функционировании системы ЖАТ: наработки на отказы и
времена до восстановления (пример)
№
п/п
1.
Характеристика
Обозначение
Время, ч
Наработка на 1-ый отказ
T1o
12,75
2.
Время до 1-го восстановления
T1в
2,25
…
….
…
69
5. Осуществляется проверка достаточности объема выборки для
~
вычисления статистических оценок средней наработки на отказ T o и
~
среднего времени до восстановления T в . Для этого следует задаться
значением доверительного интервала  t определения соответствующей
характеристики. Минимальный объем выборки отказов (восстановлений)
определяется по формуле:
N   t  2t ,
(3.18)
t
где  t - среднее квадратическое отклонение соответствующего параметра;
t - параметр распределения Стъюдента (см. Приложение 2).
В
свою
очередь,
среднее
квадратическое
отклонение
следует
вычислить на основе первых 20 значений соответствующей характеристики
из таблицы 3.4 по формуле:
2
N


 Ti 
N 
  Ti  iN1 
i 1



 .
t 
N 1
(3.19)
Статистическая выборка должна составлять не менее большего из
полученных значений необходимых объёмов для среднего времени до
восстановления и средней наработки на отказ.
При недостаточности фактического объёма выборки календарный срок
увеличивают, а таблицу 3.4 дополняют.
Таблица 3.4 представляет собой исходные данные для вычисления
статистических
оценок
указанных
ранее
параметров
надежности
и
готовности систем ЖАТ. При этом времена наработок на отдельные отказы и
времена до отдельных восстановлений рассматриваются отдельно.
70
3.2.3. Получение статистических оценок интенсивности отказов систем ЖАТ
и интенсивности их восстановлений
Расчет статистических оценок средней интенсивности отказов и
восстановлений осуществляется одинаково, разница заключается только в
исходных данных. Для вычисления первого показателя используются строки
об отказах таблицы 3.4, а для вычисления второго – о восстановлениях.
Поэтому
далее
рассмотрим
методику
расчета
применительно
к
статистической оценке средней интенсивности отказов.
Мгновенные значения интенсивности отказов системы ЖАТ могут
быть найдены по формуле:
i 
n2
1
,
n
n
1 Ti o
o
m   Ti   o
i 1
i 1 Ti

(3.20)
где n – количество отказов в таблице 3.4,
m – количество эталонных объектов (ЭО) на рассматриваемом участке.
Результаты расчёта округляют до десятитысячных и сводят в таблицу,
аналогичную таблице 3.5.
Таблица 3.5
Мгновенные интенсивности отказов и интенсивности восстановлений
системы ЖАТ за расчетный период
№
п/п
1.
Обозначение
Значение, 1/ч
1
0,0015
2.
1
0,2151
…
…
71
Далее следует построить вариационный ряд. Для этого:
– наблюдаемые значения соответствующих параметров  i
(  i ),
называемые вариантами, записываются в возрастающем порядке;
– диапазон изменения величины   min , max  разделяется на m  10
интервалов;
– находят длины подынтервалов:
h
max  min
m
,
(3.21)
– устанавливают границы подынтервалов:
min , min  h , min , min  2  h , ..., min  2  h, max  .
(3.22)
– далее осуществляют группировку значений параметра из таблицы 3.5
в пределах полученных интервалов и вычисляется количество значений
выборки z q попадающих в q-ый интервал, а также относительная частота:
q 
nq
m
h   nq
,
(3.23)
q 1
– полученный вариационный ряд представляют в виде таблицы 3.6.
Таблица 3.6
Вариационный ряд
Интервал
min , min  h 
min , min  2  h 
…
min  2  h, max 
Частота
n1
n2
…
nm
1
2
…
m
Относительная
частота
На основе вариационного ряда строится гистограмма распределения
случайной величины, представляющая собой эмпирическую функцию
плотности распределения вероятности. В ней по горизонтальной оси
последовательно, по мере их возрастания, откладываются интервалы
72
изменения экспериментальных значений, на каждом из которых, строится
прямоугольник высоты  q .
Пример эмпирической плотности распределения вероятности для
~
распределения f   , близкого к нормальному (гауссовскому), представлен
на рисунке 3.3.
0,2
0,18
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Эмпирическая плотность распределения вероятности
Рис. 3.3. Эмпирическая плотность распределения вероятности
На
основании
визуального
анализ
гистограммы
подбирается
теоретическая функция плотности распределения f   график которой схож
с гистограммой. Такая функция будет использована для «сглаживания»
гистограммы. Чаще всего в качестве такой функции выбирается один из
известных законов: нормальный, экспоненциальный, Вейбулла и т.п.
Неизвестные
параметры
теоретического
«сглаживающего»
распределения в соответствии с (3.10) полагают равными значениям
статистических оценок числовых характеристик.
При использовании вариационного ряда оценка математического
ожидания есть выборочная средняя:
73
m
 ˆq  nq
~
  q 1m
 nq

1 m ˆ
  q  nq ,
N q 1
(3.24)
q 1
где ̂q – представляет собой значение параметра, соответствующее середине
q-го интервала:
ˆq 
lq  0.5  h
2
,
(3.25)
где lq – значение, соответствующее левой границе подынтервала.
В качестве оценки второго момента используется выборочная
дисперсия, вычисляемая по формуле:
 nq  ˆq   
m
~
Dв 
~
2
q 1
m
 nq


1 m
~2
   nq  ˆq   .
N q 1
(3.26)
q 1
Вместе с тем выборочная дисперсия, в отличие от выборочной средней
является смещенной оценкой, поэтому используется поправка:
m
~
D 
 nq
q 1
m
 nq  1
N
~
~
 Dв 
 Dв .
N 1
(3.27)
q 1
Помимо дисперсии часто используют связанную с ней величину,
называемую «исправленным» средним квадратическим отклонением:
~
   D .
(34.28)
Подстановкой вычисленных параметров в формулу «сглаживающей»
вероятностной функции можно конкретизировать распределение. Пример,
~
для случая использования в качестве сглаживающего f   нормального
(гауссовского) распределения представлен на рисунке 3.4.
74
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
1
2
3
4
5
6
Эмпирическая плотность распределения вероятности
7
8
9
10
Теоретическая плотность распределения вероятности
Рис. 3.4. Эмпирическая и теоретическая плотность распределения
вероятности
~
В случае, если параметры f   не есть непосредственно моменты
~ ~
случайной величины, то они определяются через  и D .
Примеры наиболее распространенных теоретических распределений, с
основными характеристиками, а также их графические изображения
представлены в таблице 3.7.
Таблица 3.7
Типовые вероятностные распределения
Формула плотности
График плотности
вероятности
вероятности
Нормальный закон распределения
f x  
1
  2
e

 x  m 2
2
2
Числовые параметры
распределения
Математическое
ожидание:
0,25
0,2
m
0,15
Дисперсия:
0,1
0,05
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D  2
Определяются
непосредственно
75
Продолжение таблицы 3.7
Закон равномерной плотности
 1

f x   b  a
0
Математическое
ожидание и дисперсия
определяются
через
значения левой границы
интервала а и правой – b:
1,2
a xb
1
0,8
x  a, x  b
0,6
0,4
0,2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
ab
2
2

b  a
D
12
m
Экспоненциальный закон распределения
x0
0
f  x     x
x0
e
Математическое
ожидание и дисперсия
выражаются
через
интенсивность  :
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
m
В
1

1
2
Далее обязательно должна осуществляется проверка состоятельности
гипотезы о характере использованного для сглаживания эмпирических
~
данных теоретического распределения f   .
3.2.4 Проверка адекватности теоретического распределения
Как бы хорошо ни была подобрана функция теоретического
~
f   ,
распределения
сглаживающая эмпирическое распределение
(гистограмму), между ней и статистическим распределением всегда имеется
различие (см. рис. 3.4).
– Чем это обусловлено?
Возможно это случайность, которая проявляется как выборочная
ошибка вследствие ограниченности количества измерений, а возможно, что
76
расхождение весьма существенно и обусловлено неправильно выбранным
~
распределением f   , неудовлетворительно отражающим статистическое
распределение. Следовательно, задача состоит в обнаружении некоторого
«согласия» между исходными данными и ожидаемыми теоретическими
значениями. Для решения этой задачи используют так называемые «критерии
согласия».
~
Для выявления «согласия» между подобранной функцией f   и
экспериментальным (статистическим) распределением выдвигается нулевая
гипотеза H 0 , которая заключается в предположении, что нет существенного
различия между указанными распределениями, а любое зафиксированное
отклонение случайно и объясняется лишь выборочной ошибкой, то есть
ограниченностью числа измерений реализаций случайной величины. Кроме
того, выдвигается конкурирующая (альтернативная) гипотеза H 1 , которая
противоречит нулевой.
Затем осуществляется проверка состоятельности гипотезы H 0 . Для
этого используют статистические критерии. Под статистическим критерием
понимают случайную величину K , которая служит для проверки гипотезы.
Всю совокупность значений критерия разделяют на две области:
– область принятия гипотезы – область значений критерия, при которых
нулевую гипотезу принимают;
– критическая область – совокупность значений критерия, при которых
нулевую гипотезу отвергают (может быть левосторонней, правосторонней и
двусторонней).
Граничная точка между двумя указанными областями представляет
собой критическую точку (границу) kкр .
При проверке гипотезы могут быть допущены ошибки первого и
второго рода:
77
– ошибка первого рода – отвергнута правильная нулевая гипотеза.
Вероятность ошибки первого рода называют уровнем значимости и
обозначают  .
– ошибка второго рода – принята неправильная нулевая гипотеза.
Вероятность ошибки второго рода обозначают  . Вероятность события,
заключающегося в отсутствии ошибки второго рода 1  
называют
мощностью критерия.
Статистический критерий для проверки нулевой гипотезы применяется
следующим образом:
– Вычисляют наблюдаемые (эмпирические) значения критерия kнабл по
эмпирическим выборкам.
– Отыскивают критическую область критерия. Для чего задаются
уровнем значимости 
и ищут критические точки из следующих
соотношений:
а) для правосторонней критической области:
PK  kкр   
kкр  0 ,
(3.29)
б) для левосторонней критической области:
PK  kкр   
kкр  0,
(3.30)
в) для двусторонней симметричной области:
PK  kкр    / 2
kкр  0,
PK  kкр    / 2 .
(3.31)
Чаще всего при решении задач статистической проверки гипотез
используют критерий  2 (хи-квадрат) или, иначе, критерий согласия
Пирсона.
Количественной
мерой
расхождения
между
теоретическим
и
экспериментальным распределением является величина так называемой
статистики  2 , рассчитываемая по выражению:
m
nq  N  pq 2
q 1
N  pq
 
2
,
(3.32)
78
где nq – количество измеренных значений случайной величины, попавших в
q-ый интервал гистограммы;
m
N   nq – общее количество измерений;
q 1
pq – теоретическая вероятность попадания случайной величины в q-ый
~
интервал, определяемая по функции f   .
Распределение  2 зависит, кроме переменной, от параметра r ,
называемого числом степеней свободы. Число степеней свободы
r
определяется как разность между количеством разрядов рассматриваемой
гистограммы m и числом независимых условий, использованных при
~
подборе теоретического распределения f   . К таким условиям относятся:
равенство единице суммы площадей всех столбцов гистограммы (должно
выполняться всегда), равенство моментов теоретического распределения их
соответствующим статистическим оценкам (математическое ожидание,
дисперсия и т.д.). А также иных, использованных при подборе вида функции
~
f   . Если число таких условий s , то для числа степеней свободы
распределения  2 имеем:
r  ms.
(3.33)
Схема применения критерия Пирсона о согласованности эмпирического и
~
теоретического распределений f   следующая:
2
– По формуле (4.32) вычисляется наблюдаемое значение критерия  набл
.
– Определяется число степеней свободы. Для полученной гистограммы с
учетом указанных допущений оно равно: r  10  2  8 .
– Задаются уровнем значимости и по таблице критических точек находят
2
2
 кр
 2.73 .
. Уровень значимости следует задать:   0.95 , тогда  кр
79
2
2
– Если  набл
гипотеза отвергается, как несостоятельная, следовательно,
  кр
необходимо для «сглаживания» воспользоваться иным теоретическим
распределением, например одним из представленных в таблице 4.7.
Важно заметить, что статистические критерии лишь указывают на то,
что подобранная теоретическая функция распределения при справедливости
нулевой гипотезы не противоречит результатам наблюдений. В частности,
это означает, что она не является единственно возможной гипотезой, и не
исключено, что какая-то другая функция лучше опишет наблюдаемые
значения.
Если статистическая проверка подтвердила состоятельность гипотезы,
то, учитывая случайный характер параметра  , описываемого подобранным
теоретическим распределением, далее следует задать интервальную оценку.
Цель интервальной оценки – указание интервала, за пределы которого
случайная величина  не выйдет с заданной вероятностью.
3.2.5. Интервальная оценка средней интенсивности отказов и средней
интенсивности восстановлений
~
Интервальная оценка параметра  заключается в задании некоторого
интервала, называемого доверительным, границы которого заданы двумя
числами – концами интервала, а сам он покрывает оцениваемый параметр.
Доверительный интервал связан с доверительной вероятностью
следующим общим соотношением:
Pa  1  a  a   2  
a2
 f  d ,
(3.34)
a  1
где Pa  1  a  a   2  – доверительная вероятность того, что случайная
величина  будет находиться в некотором наперед заданном интервале
a  1  a  a   2 ;
a – математическое ожидание величины  ;
f   – плотность распределения случайной величины  ;
80
1 ,  2 – левая и правая границы интервала соответственно.
Таким образом, задавая границы интервала можно определять
доверительную вероятность того, что случайная величина окажется в их
пределах, а также можно решить и обратную задачу. Для этого нужно
предварительно затабулировать доверительные вероятности, меняя ширину
доверительного интервала с определённым шагом.
В случае, если требуется задать интервальную оценку нормально
~
распределённого количественного признака  по выборочной средней  и
неизвестном среднем квадратическом отклонении генеральной совокупности
~
и объёме выборки N  30 интервальная оценка a  21 находится через
исправленное выборочное среднее, определяемое, в свою очередь, по
формуле (4.28), из соотношения:
~
  t
где
t


~
 a    t  ,
N
N
(3.35)
находят по соответствующей таблице, задавшись значением
доверительной вероятности   0.95 и количеством измерений N
Примечание: для участков, где N<30 допустимо снизить доверительную
вероятность до значения   0.67
Полученную в результате расчета величину интервала в дальнейшем
будем называть полем статистической неопределённости интенсивности
отказов (интенсивности восстановлений). Суть определения состоит в том,
~
что вычисленное значение оценки  может случайно изменяться в
различных анализируемых расчетных периодах, но не будет выходить с
заданной
вероятностью
за
заданные
шириной
поля
статистической
неопределённости границы.
Из обозначенной сути определения следует, что говорить о том,
насколько удовлетворяет полученное по результатам расчета значение
интенсивности отказов при нахождении сравниваемого значения в пределах
поля статистической неопределённости, невозможно. В связи с этим имеет
81
смысл решение задачи оценки тенденции в изменении интенсивности
отказов в течение нескольких (трех) смежных расчетных периодов.
Тенденция при этом опишет общую динамику «перемещения» поля
статистической неопределённости в течение времени и позволит выявить
наблюдается ли постоянное увеличение интенсивности отказов или её
снижение.
3.2.6. Оценка тенденции в изменении интенсивностей отказов и
восстановлений системы железнодорожной автоматики и телемеханики
Для оценки тенденции в «перемещении» поля статистической
неопределённости достаточно воспользоваться моделью линейной динамики
процесса.
Сначала осуществляется подготовка исходных данных. Для этого
рассматривают укрупненный период, включающий в себя три последних
расчетных (три календарных года).
Каждому месяцу укрупненного периода присваивают порядковый
номер от 0 до 36.
Вычисляют количество отказов, наблюдавшееся в каждом месяце.
Результаты заносят в таблицу 3.8.
Таблица 3.8
Распределение количества отказов по месяцам расчетного периода
Месяц, X i
1
Количество Y1
2
3
4
Y2
Y3
Y4
…
36
Y36
отказов, Yi
Далее
вычисляют
значение
коэффициента
линейной
«перемещения» поля в течение укрупненного периода по формуле:
динамики
82
36
36
36
s  1000  i 1
i 1
i 1
2
 X i  Yi   X i   Yi
36

36

i 1
 i 1

.
(3.36)
 X i2    X i 
Если полученное значение является положительным, то частота
отказов объекта в течение расчетного периода в среднем возрастает, а,
следовательно, возрастает и пропорциональная ей величина – интенсивность
отказов. Если же полученное значение является отрицательным, то в среднем
снижается и интенсивность отказов объекта. В случае, если значение
коэффициента линейной динамики «перемещения» поля статистической
неопределенности равно нулю, то интенсивность отказов в течение
расчетного периода является практически постоянной.
3.2.7. Оценка средней наработки на отказ и среднего времени до
восстановления
Что касается величин средней наработки на отказ и среднего времени
до восстановления, то вычисление их значений и задание интервальных
оценок
осуществляется
аналогично
тому,
как
это
делалось
для
интенсивностей отказов и восстановлений, только в качестве исходных
данных в таблице 3.6 задаются соответствующим образом разделенные на
подынтервалы значения Ti o и Ti в .
83
3.3 Анализ достигнутых показателей надёжности систем ЖАТ на этапе
эксплуатации
3.3.1 Постановка задачи
Цель анализа
достигнутых показателей надёжности состоит в
выработке научно обоснованных рекомендаций и конкретных мероприятий
по
управлению
надёжностью
систем
железнодорожной
автоматики,
телемеханики и связи на различных этапах жизненного цикла.
На этапе проектирования анализ должен позволять:
– осуществлять предварительную оценку технической выполнимости
требований
по
надёжности
для
проектируемой
системы
ЖАТ
в
предполагаемых условиях применения и количественно оценивать величину
резерва по надёжности;
– выбирать из нескольких конкурирующих вариантов конфигурации
системы ЖАТ наиболее целесообразный в предполагаемых условиях
эксплуатации;
– обоснованно формулировать рекомендации по эксплуатации системы
ЖАТ в конкретных условиях применения.
На этапе эксплуатации анализ надёжности должен позволить:
– выработать мероприятия по эксплуатации и обслуживанию системы
ЖАТ в конкретных условиях её применения;
– определить удовлетворяет ли система ЖАТ в фактических условиях
применения предъявляемым к ней требованиям по надёжности, выявить
фактический запас по надёжности или величину недостатка по надёжности;
– оценить насколько оправдала система ЖАТ предполагаемые на
стадии проектирования надёжностные характеристики.
Исходные данные для управления анализа надёжности систем
железнодорожной автоматики, телемеханики и связи включают в себя:
84
– п – проектную интенсивность отказов системы ЖАТ;
– ф – фактическую интенсивность отказов системы ЖАТ;
–   – допустимую интенсивность отказов системы ЖАТ.
Проектная интенсивность отказов системы ЖАТ – это интенсивность
отказов системы ЖАТ определённая на этапе проектирования расчетным
путем. Методика расчета показателя приведена в главе 3.
Фактическая интенсивность отказов системы ЖАТ – это интенсивность
отказов системы ЖАТ определённая на этапе эксплуатации путем обработки
статистики об отказах и восстановлениях системы. Методика расчета
приведена в разделе 3.2.
Допустимая интенсивность отказов системы ЖАТ – определяется
исходя из нормативного значения коэффициента готовности системы ЖАТ с
учетом технологии обслуживания и ремонта на участке в соответствии с
главой 3.
Анализ достигнутой надёжности системы ЖАТ базируется на
сравнении
достигнутых
показателей
надёжности
с
проектными
и
допустимыми.
При сравнении значений показателей необходимо учитывать, что
достигнутые
значения
находятся
в
пределах
поля
статистической
неопределённости, поэтому, кроме анализа путем непосредственного
сопоставления параметров надёжности, полученных на различных этапах
жизненного цикла, различными методами, следует учитывать тенденцию в
изменении достигнутых показателей в течение укрупненного периода.
Все мероприятия и рекомендации для удобства систематизации
сведены к шести основным сценариям. Первые три сценария получены на
основе сравнения достигнутой интенсивности отказов с допустимой, а
последние три на основе сравнения проектной интенсивности с фактической.
85
3.3.2 Сценарии управления надёжностью
Сценарий №1
Соотношение допустимой и фактической интенсивностей отказов объекта
ЖАТ, соответствующее сценарию 1, представлено на рис. 3.5.
Пояснение:
интенсивности
поле
статистической
отказов
объекта
неопределённости
ЖАТ
ниже
значения
фактической
допустимой
интенсивности отказов на заданном участке железной дороги.
а) В течение расчетного периода наблюдается негативное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем снижении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
б) В течение расчетного периода наблюдается позитивное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем увеличении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
Вывод:
Анализ текущей надёжности объекта ЖАТ: Объект ЖАТ соответствует
требованиям по надёжности на данном участке железных дорог. Величина
запаса по надежности есть:
ф     ф. max .
(3.37)
Если ф  105 , то запас по надёжности считается несущественным, иначе –
существенным.
86
 
8
7
7
6
ф
ф
3
6
ф
ф
5
5
4
 
8
4
s0
3
2
2
1
1
s0
0
0
1
2
1
2
Рис. 3.5. Соотношение допустимой и фактической интенсивностей отказов
объекта ЖАТ, соответствующее сценарию 1
Анализ тенденции в изменении надёжности объекта ЖАТ:
– При s  0 – запас по надёжности в целом возрастает, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
– При s  0 – запас по надёжности в целом снижается, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
Необходимые мероприятия:
На этапе эксплуатации дополнительные мероприятия по повышению
надёжности не требуются, так как уровень надёжности существующего
объекта ЖАТ достаточен. Причем:
а) Если s  0 , то качество технического обслуживания и ремонта объекта
ЖАТ достаточное.
При этом:
– если s  1, то ТО и Р осуществляется удовлетворительно и система не
находится в стадии старения. Поощрение эксплуатационного штата не
требуется.
– если s  1 , то ТО и Р осуществляются хорошо и система не находится в
стадии старения. Можно осуществить поощрение эксплуатационного штата.
б) Если s  0 , то качество технического обслуживания и ремонта объекта
ЖАТ недостаточное. Поощрение эксплуатационного штата не требуется.
87
– если s  1 и ф  105 , то мероприятия по повышению качества ТО и Р не
требуются, иначе – необходимо повысить качество ТО и Р.
– если s  1 , то требуется повысить качество ТО и Р, так как запас объекта
ЖАТ по надёжности уменьшается и может быть исчерпан по истечении
расчетного времени:
Tдоп  1000 
   ф. max , мес.
(3.38)
s
Сценарий №2
Соотношение допустимой и фактической интенсивностей отказов объекта
ЖАТ, соответствующее сценарию 2, представлено на рис. 4.6.
6
ф
 
5
4
s0
6
 ф
ф
 
5
4
3
3
2
2
1
1
 ф
s0
0
0
1
2
1
2
Рис. 3.6. Соотношение допустимой и фактической интенсивностей отказов
объекта ЖАТ, соответствующее сценарию 2
Пояснение: значение допустимой интенсивности отказов объекта ЖАТ на
заданном участке железной дороги находится в поле статистической
неопределённости фактической интенсивности отказов.
а) В течение расчетного периода наблюдается негативное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем снижении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
б) В течение расчетного периода наблюдается позитивное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
88
говорит об общем увеличении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
Вывод:
Анализ текущей надёжности объекта ЖАТ: Объект ЖАТ соответствует
требованиям по надёжности на данном участке железных дорог. Запас по
надёжности отсутствует, а фактическое значение интенсивности отказов
объекта ЖАТ находится с заданной вероятностью в пределах поля:
ф  1  2 .
(3.39)
Анализ тенденции в изменении надёжности объекта ЖАТ:
– При s  0 – уровень надёжности в целом возрастает, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
– При s  0 – уровень надёжности в целом снижается, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
Необходимые мероприятия:
Дополнительные мероприятия по повышению надёжности не требуются, так
как уровень надёжности существующего объекта ЖАТ достаточен.
а) Если s  0 , то качество технического обслуживания и ремонта объекта
ЖАТ достаточное.
При этом:
– если s  1, то ТО и Р осуществляется удовлетворительно и система не
находится в стадии старения. Поощрение эксплуатационного штата не
требуется.
– если s  1 , то ТО и Р осуществляются хорошо и система не находится в
стадии старения. Можно осуществить поощрение эксплуатационного штата.
Кроме того, если объект ЖАТ в предыдущих расчетных периодах
соответствовал сценарию 3, то это говорит об эффективности ранее
принятых мероприятий.
б) Если s  0 , то качество технического обслуживания и ремонта объекта
ЖАТ недостаточное.
89
При этом:
– если s  1, то требуется повысить качество ТО и Р.
– если s  1 , то требуется значительно повысить качество ТО и Р.
Сценарий №3
Соотношение допустимой и фактической интенсивностей отказов объекта
ЖАТ, соответствующее сценарию 3, представлено на рис. 4.7.
6
ф
6
5
4
ф
5
s0
 
ф
4
3
3
2
2
1
1
0
s0
 
ф
0
1
2
1
2
Рис. 3.7. Соотношение допустимой и фактической интенсивностей отказов
объекта ЖАТ, соответствующее сценарию 3
Пояснение:
поле
статистической
неопределённости
фактической
интенсивности отказов находится выше значения допустимой интенсивности
отказов объекта ЖАТ на заданном участке железной дороги.
а) В течение расчетного периода наблюдается негативное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем снижении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
б) В течение расчетного периода наблюдается позитивное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем увеличении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
Вывод:
Анализ текущей надёжности объекта ЖАТ: Объект ЖАТ не
90
соответствует требованиям по надёжности на данном участке железных
дорог. Имеется недостаток по надёжности, определяемый как:
ф  ф. min    .
(3.40)
Если ф  105 , то недостаток надёжности считается несущественным,
иначе – существенным.
Анализ тенденции в изменении надёжности объекта ЖАТ:
– При s  0 – уровень надёжности в целом возрастает, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
– При s  0 – уровень надёжности в целом снижается, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
Необходимые мероприятия:
Мероприятия по повышению надёжности требуются, так как уровень
надёжности существующего объекта ЖАТ недостаточен.
В зависимости от того, анализируется новый объект ЖАТ или уже
достаточно давно находящийся на этапе эксплуатации возможны следующие
случаи:
1. В момент начала эксплуатации объект ЖАТ соответствовал первому или
второму сценарию, а затем произошел переход к третьему. В этом случае
необходимо выяснить причины изменения состояния объекта ЖАТ:
изменение штата, изменение качества комплектующих, изменение стратегии
ТО и Р и т.д. Далее следует проанализировать текущее состояние объекта
ЖАТ:
а) Если s  0 , то качество технического обслуживания и ремонта объекта
ЖАТ в течение расчетного периода возрастает. Причем:
– если s  1, то качество ТО и Р возрастает незначительно и требуются
мероприятия по ускорению процесса перехода к первому или второму
сценарию. В зависимости от выявленной причины перехода объекта ЖАТ к
третьему сценарию требуется: повышение качества ТО и Р, например, за счет
91
повышения квалификации персонала, либо улучшение надёжности самого
объекта ЖАТ за счет смены недостаточно надёжных комплектующих.
– если
ф  105
и
s  1 , то уровень надёжности объекта ЖАТ
возвращается к допустимому, но требуется повышенный контроль за
качеством ТО и Р в следующих расчетных периодах.
Расчетное время до перехода состояния объекта ЖАТ от сценария 3 до
сценария 2 определяется как:
Tдоп  1000 
ф. min   
, мес.
(3.41)
s
При Tдоп  36 следует дополнительно улучшить качество ТО и Р.
б) Если s  0 , то качество технического обслуживания и ремонта объекта
ЖАТ
недостаточное,
качество
комплектующих
очень
низкое,
либо
наблюдается процесс перехода объекта ЖАТ к стадии старения. Причем:
– если выявлен факт старения объекта, требуется обновление всех
комплектующих существующего объекта, замена его элементной базы, либо
разработка нового объекта ЖАТ, иначе:
– если s  1 , то требуется повысить качество ТО и Р, например, за счет
повышения квалификации персонала, или повысить надёжность самого
объекта ЖАТ, заменив недостаточно надёжные комплектующие.
– если s  1 , то требуется значительно повысить качество ТО и Р в сочетании
с мероприятиями по повышению надёжности самого объекта ЖАТ.
2. В момент начала эксплуатации объект ЖАТ уже соответствовал третьему
сценарию. В этом случае необходимо выяснить причины несоответствия
состояния объекта ЖАТ.
Для этого следует провести дополнительный анализ надежности, на факт
соответствия объекта ЖАТ одному из сценариев, начиная с четвертого и
заканчивая шестым. Кроме того, необходимо повторить анализ надёжности,
проводимый на этапе проектирования.
92
Если
выяснится,
что
проектная
интенсивность
отказов
превышает
допустимую, то имеет место ошибка проектирования объекта ЖАТ и его
адаптации для заданного участка, поэтому необходимо осуществить
разработку нового, либо произвести существенную модернизацию уже
эксплуатируемого. В противном случае соотношение фаактической и
проектной интенсивностей отказов описываемое сценариями четыре и пять
говорит об отсутствии ошибки проектирования, но о низком качестве
комплектующих, либо низком качестве пуско-наладочных работ.
Следующие три сценария позволяют оценить соотношение между
проектной интенсивностью отказов объекта ЖАТ и фактической. Это
позволит оценить насколько оправдались ожидаемые показатели надёжности
в заданных условиях применения, вычисленные на этапе проектирования, а
также выявить недостатки (при их наличии), связанные с качеством
комплектующих, качеством монтажа и обслуживания.
Сценарий №4
Соотношение проектной и фактической интенсивностей отказов объекта
ЖАТ, соответствующее сценарию 4, представлено на рис. 4.8.
8
8
п
6
п
ф
3
6
п
ф
5
5
4
п
7
7
4
s0
3
2
2
1
1
s0
0
0
1
2
1
2
Рис. 3.8. Соотношение проектной и фактической интенсивностей отказов
объекта ЖАТ, соответствующее сценарию 4
93
Пояснение:
поле
статистической
неопределённости
фактической
интенсивности отказов объекта ЖАТ находится ниже значения проектной
интенсивности отказов на заданном участке железной дороги.
а) В течение расчетного периода наблюдается негативное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем снижении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
б) В течение расчетного периода наблюдается позитивное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем увеличении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
Вывод: анализ текущей надёжности объекта ЖАТ: Объект ЖАТ фактически
соответствует проектным требованиям по надёжности на данном участке
железных дорог. На этапах проектирования, разработки и наладки объекта
ЖАТ заложен запас по надёжности:
п     ф. max .
(3.42)
Если п  10 5 , то запас по надёжности считается несущественным, иначе –
существенным.
Для нового объекта данное соотношение интенсивностей указывает
также на высокое качество комплектующих и качество выполненных пусконаладочных работ.
Анализ тенденции в изменении надёжности объекта ЖАТ:
– При s  0 – запас по надёжности в целом возрастает, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
– При s  0 – запас по надёжности в целом снижается, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
Если объект ЖАТ, удовлетворяющий сценарию 4, одновременно
соответствует первому или второму сценарию, то уровень его надёжности
достаточен на данном участке железных дорог, иначе имеет место ошибка
94
проектирования,
так
как
уровень
надежности,
заложенный
при
проектировании был недостаточным.
Необходимые мероприятия: так как уровень надёжности существующего
объекта ЖАТ не ниже проектного при условии соответствия объекта
сценариям 1 и 2, то дополнительные мероприятия по повышению
надёжности не требуются. Мероприятия определяются сценариями 1 и 2
соответственно. Если сценарий 4 сочетается со сценарием 3, то требуется
разработка
нового
объекта
ЖАТ
или
необходима
существенная
модернизация анализируемого.
Сценарий №5
Соотношение проектной и фактической интенсивностей отказов объекта
ЖАТ, соответствующее сценарию 5, представлено на рис. 4.9.
ф
6
п
6
п
5
s0
4
ф
п
п
5
4
3
3
2
2
1
1
s0
0
0
1
2
1
2
Рис. 3.9. Соотношение проектной и фактической интенсивностей отказов
объекта ЖАТ, соответствующее сценарию 5
Пояснение: значение проектной интенсивности отказов на заданном участке
железной дороги находится в поле статистической неопределённости
фактической интенсивности отказов объекта.
а) В течение расчетного периода наблюдается негативное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем снижении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
б) В течение расчетного периода наблюдается позитивное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
95
говорит об общем увеличении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
Вывод:
Анализ текущей надёжности объекта ЖАТ: Объект ЖАТ фактически
соответствует проектным требованиям по надёжности на данном участке
железных дорог. На этапах проектирования, разработки и наладки объекта
ЖАТ запас по надёжности не заложен.
Для нового объекта данное соотношение интенсивностей указывает также на
удовлетворительное качество комплектующих и качество выполненных
пуско-наладочных работ.
Анализ тенденции в изменении надёжности объекта ЖАТ:
– При s  0 – запас по надёжности в целом возрастает, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
– При s  0 – запас по надёжности в целом снижается, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
Если
объект
ЖАТ,
удовлетворяющий
сценарию
5,
одновременно
соответствует первому или второму сценарию, то уровень его надёжности
достаточен на данном участке железных дорог, иначе имеет место ошибка
проектирования, так как уровень надежности, заложенный в объект при
проектировании, был недостаточным.
Необходимые мероприятия:
Так как уровень надёжности существующего объекта ЖАТ не ниже
проектного при условии соответствия объекта сценариям 1 и 2, то
дополнительные мероприятия по повышению надёжности не требуются.
Мероприятия определяются сценариями 1 и 2 соответственно. Если сценарий
4 сочетается со сценарием 3, то требуется разработка нового объекта ЖАТ
или необходима существенная модернизация анализируемого.
96
Сценарий №6
Соотношение проектной и фактической интенсивностей отказов объекта
ЖАТ, соответствующее сценарию 6, представлено на рис. 4.10.
6
6
ф
5
ф
5
4
s0
п
п
4
3
3
2
2
1
1
0
s0
п
п
0
1
2
1
2
Рис. 3.10. Соотношение проектной и фактической интенсивностей отказов
объекта ЖАТ, соответствующее сценарию 6
Пояснение:
поле
статистической
неопределённости
фактической
интенсивности отказов объекта ЖАТ находится выше значения проектной
интенсивности отказов на заданном участке железной дороги.
а) В течение расчетного периода наблюдается негативное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем снижении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
б) В течение расчетного периода наблюдается позитивное значение
тенденции ( s  0 ) в смещении поля статистической неопределённости, что
говорит об общем увеличении интенсивности отказов технических средств
ЖАТ.
Вывод:
Анализ текущей надёжности объекта ЖАТ: Объект ЖАТ не
соответствует проектным требованиям по надёжности на данном участке
железных дорог. Имеется недостаток по надёжности, определяемый как:
ф  ф. min    .
(3.43)
97
Если ф  105 , то недостаток надёжности считается несущественным,
иначе – существенным.
Анализ тенденции в изменении надёжности объекта ЖАТ:
– При s  0 – уровень надёжности в целом возрастает, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
– При s  0 – уровень надёжности в целом снижается, причем, если значение
s  1 , то существенно, иначе – несущественно.
Необходимые мероприятия:
Мероприятия по повышению надёжности на этапе эксплуатации не
требуются, если сценарий 6 сочетается со сценариями 1 и 2. Иные
мероприятия определяются соответственно сценариями 1 и 2. Однако
требуется корректировка расчета проектного значения интенсивности с
учетом полученной статистики при проектировании и разработке новых
объектов ЖАТ.
Если сценарий 6 сочетается со сценарием 3, то:
–
Для
нового
объекта
ЖАТ
имеет
место
низкое
качество
комплектующих, а также недостаточное качество пуско-наладочных работ. В
этом случае необходимо заменить комплектующие более надёжными, а
также повторно выполнить пуско-наладочные работы.
– Для объекта ЖАТ находящегося в длительном использовании могут
иметь
место
как
комплектующие
недостаточного
качества,
так
и
недостаточное качество ТО и Р, либо проявление эффекта «старения»
объекта.
Так, если объект ранее соответствовал сценариям 1 и 2, то необходимо
определить какая из перечисленных причин вызвала переход объекта в
состояние, соответствующее сценарию 3 путем сопоставления момента
снижения
качества
с
близкими
предшествующими
изменениями
в
технологии ТО и Р. Важно проанализировать тенденцию изменения поля
статистической неопределённости. Если s  0 – уровень надёжности объекта
98
ЖАТ возрастает, что свидетельствует об улучшении качества ТО и Р и
комплектующих в настоящий момент времени, иначе – наблюдается
обратный процесс.
Если объект и ранее соответствовал одновременно сценариям 3 и 6, то
это говорит о его несоответствии с точки зрения надёжности требованиям,
предъявляемым на данном участке, и требуется разработка и проектирование
нового с более высокими показателями надёжности.
99
4 РАСЧЁТ И АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ УСТРОЙСТВ ЖАТ
ДЛЯ ЗАДАННОГО ПОЛИГОНА НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН
Оценка эффективности функционирования систем ЖАТ, качества
работы предприятий хозяйства СЦБ
должна производится на основе
допустимых значений показателей надёжности, рассчитанных по данной
методике для станций и перегонов с учётом их технической оснащённости,
размеров движения, климатических условий и других параметров. Это
позволит уйти от традиционного подхода к оценке эффективности
функционирования систем ЖАТ, существующего в хозяйстве автоматики и
телемеханики, когда основным положительным результатом работы является
сокращение числа отказов систем и устройств СЦБ по сравнению с
предыдущим периодом работы, без учёта условий эксплуатации и
экономических рисков.
Для реализации такого подхода необходимо определить допустимые,
фактические и расчётные значения показателей надёжности систем и
устройств ЖАТ для всей сети дорог на различных этапах жизненного цикла с
учётом условий их эксплуатации. Методология управления ресурсами на
этапах жизненного цикла, рисками и анализом надёжности (УРРАН)
позволяет не только определять указанные показатели, но и проводить их
сравнительный анализ с целью определения (выработки) управленческих
решений, направленных на устранение причин, вызывающих недопустимые
несоответствия
значений
допустимых
и
фактических
показателей
надёжности систем и устройств ЖАТ. В конечном итоге это обеспечит
оптимизацию
использования
материальных
и
трудовых
ресурсов
и
стоимости жизненного цикла систем и устройств ЖАТ.
В качестве полигона для применения методологии УРРАН была
утверждена Северная железная дорога, поэтому пример расчёта и анализа
параметров методологии УРРАН произведён для ШЧ-3 Северной дороги.
100
Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализ
надёжности систем ЖАТ проводится посредством целого комплекса
показателей надёжности, к которому относятся показатели безотказности,
долговечности, ремонтопригодности и готовности. Согласно методологии
УРРАН, расчёт показателей надёжности системы или устройства ЖАТ
следует осуществлять исходя из допустимых значений комплексных
показателей надежности, перечень которых приведен в табл. 2.1.
С учётом комплексных
показателей
надежности
системы или
устройства ЖАТ определяют основные показатели надежности, приведённые
в табл. 2.2. Допустимая интенсивность отказов доп – это максимально
допустимая интенсивность отказов рассматриваемой системы или устройства
ЖАТ на участке железной дороги. Значение этого показателя определяется
исходя из нормативного значения одного из комплексных показателей
надёжности, приведённых в табл. 4.2. Например, на основе заданного
значения коэффициента готовности k г  можно определить допустимое
значение интенсивность отказов доп , при котором это условие выполняется.
Для перегонных систем примем kг   0,97 , для станционных - kг   0,94 .
Первоначально расчёт значений показателей надёжности, приведённых
в табл. 5.2, ведётся для эталонных объектов ЭБУ (эталонный блок-участок) и
ЭКС (эталонный комплекс управления стрелкой. Также необходимо
определить интенсивности отказов ЭБУ и ЭКС с учётом данных
приведённых в приложении 1 и раздела 3 настоящего пособия. Пример
расчета интенсивности отказов эталонного объекта приведён в Приложении
5. Исходя из этого, получены следующие значения: интенсивность отказов
для ЭКС 4,38 10-5 1/ч, интенсивность отказов для ЭБУ 3,29 10-5 1/ч. В
последующем эти значения пересчитывают для различных типовых объектов
ЖАТ, используемых на станциях и перегонах с учетом фактических условий
эксплуатации. Для этой операции применяют систему поправочных
коэффициентов, значения которых приведены в табл. 4.1, 4.2, П.3.1, П.3.2.
101
Таблица4.1
Значения переводных коэффициентов для перегонных систем ЖАТ
Объект
(элемент)
Система
АБ-14
АБ-14-73
АБ-1П-76
АБ-2
АБ-2-К-25-50-ЭТ-82
АБ-2-К-50-АТ-82
АБ-2-К-77
АБ-2-К-93
АБ-2-К-АТ-78
АБ-8-72
АБ-I-50-74
АБ-II-50-73
АБ-I-К-25-50-ЭТ-82
АБ-I-К-50-АТ-83
АБ-I-К-79
АБ-I-К-АТ-78
АБТ-I-92
АБТ-II-91
АБТЦ-03
АБТЦ-2000
АБТЦ-Е
КЭБ-1
РПБ КБЦШ
РПБ-4
Блок-участок
Устройство
контроля
свободности
Устройство
сигнализации и
управления
светофорами
Устройство
канализации
обратного тягового
тока
Устройство передачи
сигналов на локомотив
1,327
1,236
1,234
1,432
1,000
1,064
1,130
0,944
1,173
1,256
1,120
1,151
1,056
1,072
1,155
1,156
0,768
0,751
0,647
0,679
0,543
0,840
0,946
0,938
1,300
1,227
1,237
1,407
1,000
1,070
1,116
0,983
1,188
1,249
1,114
1,159
1,077
1,068
1,200
1,108
0,751
0,734
0,678
0,692
0,569
0,828
0,954
0,927
1,303
1,267
1,242
1,484
1,000
1,085
1,133
0,928
1,129
1,289
1,114
1,100
1,071
1,059
1,124
1,178
0,757
0,700
0,675
0,679
0,529
0,888
0,997
0,917
1,386
1,232
1,208
1,406
1,000
1,072
1,147
0,948
1,178
1,283
1,150
1,178
1,056
1,096
1,168
1,150
0,796
0,771
0,619
0,659
0,509
0,816
0,917
0,958
1,320
1,216
1,247
1,429
1,000
1,030
1,124
0,915
1,198
1,202
1,102
1,165
1,020
1,065
1,129
1,189
0,769
0,799
0,614
0,687
0,563
0,827
0,915
0,950
102
Таблица 4.2
Значения переводных коэффициентов для станционных систем ЖАТ
Объект
(элемент)
Система
МПЦ Ebilock-950
МРЦ-13
МРЦ-17-78
МРЦ-17-84
МРЦ-9
РПЦ на базе ТУМС
ТР-43
ТР-45
ТР-50
ТР-60
ТР-66
УЭЦ-М
ЭЦ-11-87
ЭЦ-12
ЭЦ-12-2000
ЭЦ-12-83
ЭЦ-12-90
ЭЦ-2
ЭЦ-4
ЭЦ-8
ЭЦ-9
ЭЦ-ЕМ
ЭЦИ
ЭЦ-К-03
ЭЦ-К-2000
ЭЦ-МПК
Комплекс
технических
средств
управления
стрелкой
0,545
1,024
1,052
1,057
1,153
0,610
1,443
1,446
1,365
1,357
1,356
0,757
0,926
0,956
0,868
0,965
0,942
1,337
1,256
1,127
1,156
0,552
0,547
0,661
0,650
0,655
Устройство
обеспечения
логической
зависимости
Комплект переводных и
замыкающих устройств
Устройство управления
и контроля
Устройство
электропитания
0,528
1,075
1,010
1,061
1,134
0,609
1,467
1,436
1,366
1,348
1,355
0,760
0,947
0,955
0,884
0,970
0,915
1,312
1,210
1,110
1,191
0,590
0,507
0,693
0,640
0,611
0,515
1,008
1,080
1,044
1,182
0,606
1,422
1,484
1,369
1,329
1,373
0,788
0,940
0,968
0,868
0,974
0,923
1,399
1,287
1,167
1,154
0,535
0,585
0,649
0,620
0,662
0,561
1,007
1,081
1,074
1,182
0,606
1,457
1,431
1,391
1,377
1,341
0,767
0,911
0,908
0,893
0,950
0,995
1,330
1,255
1,101
1,133
0,535
0,576
0,612
0,681
0,693
0,574
1,006
1,038
1,049
1,114
0,619
1,425
1,431
1,332
1,374
1,354
0,711
0,905
0,993
0,828
0,967
0,936
1,305
1,270
1,131
1,144
0,549
0,518
0,690
0,659
0,654
103
С учётом приведённой выше системы поправочных коэффициентов
рассчитываются значения интенсивностей отказов, указанных в табл. 4.2.
Итогом расчёта будет являться сводная таблица, в которой указаны значения
всех параметров необходимых для последующего анализа (см. табл. 4.3).
Произведём расчёт параметров, указанных в табл.4.3 для станции
Кошта. Для других объектов показатели будут рассчитываться аналогичным
способом.
В первую очередь для расчётного участка необходимо воспользоваться
исходными данными по станциям и перегонам (пример табл. 4.3 и 4.4). Для
станции Кошта имеем:
– количество стрелок nстр  157 ;
общ
– количество стрелок по ШЧ: nстр
 1282 ;
– коэффициент технической оснащённости ст. Кошта (система
централизации МРЦ-13, см. табл. 5.2) ko  1,024 ;
– коэффициент нагруженности (см. табл. П.3.2 станция относится к
первой категории) kн  1,000 ;
– климатический коэффициент (см. табл. П.3.1 станция относится к 3
климатической зоне) kк  1,200 ;
Следующие параметры определяются на основе статистических
данных (см. раздел 4 настоящего пособия) с использованием системы АСУШ2:
– суммарная длительность отказов за расчётный период: T  30,07 ч;
– количество отказов за расчётный период: N отк  33 ;
– регламентное время восстановления на станции: Tр  3,67 ч;
Среднее время восстановления по станции:
TВ 
T
30,07

 0,91 ч.
N отк
33
Среднее время наработки на отказ (определяется за период 3 года):
104
TСР 
1095  24  T 1095  24  30,07

 796 ч.
N отк
33
Фактический коэффициент готовности:
К ГФ 
Т ср
Т ср  Т в

796
 0,99886 .
796  0,91
Допустимое число отказов:
Nдоп
отк  ЭКС  n стр  k o  k н  k к  1095  24 
 4,38  105  157  1,024  1  1,2  1095  24  220,07  221
отказов.
Допустимая интенсивность отказов по станции:
n стр
д 
1  К Г 

Т  К Г 
n общ
стр
157
1282
1  0,94
157
1282
3,67  0,94
 0,0020726 1/ч.
Проектная интенсивность отказов по станции:
пр  ЭКС  n стр  k o  k н  k к  4,38 105 157 1,024 1 1,2  0,00845 1/ч.
Фактическая интенсивность отказов по станции:
ф 
Nотк
33

 0,001256 1/ч.
1095  24 1095  24
Приводим полученные интенсивности отказов к ЭКС:
ЭКС

д
д
n стр  k o  k н  k к

0,0020726
 1,0743  10 5 1/ч
157  1,024  1  1,2

0,001256
 0,6509  10 5 1/ч
157  1,024  1  1,2
ЭКС
 4,38 105 1/ч
пр
ЭКС

ф
Для
пр
n стр  k o  k н  k к
анализа
полученных
сравнительную диаграмму (рис. 4.1).
показателей
следует
построить
105
Рис. 4.1 – Анализ полученных показателей
Согласно разделу 3 настоящего пособия без учёта анализа поля
статистической
неопределённости
данная
диаграмма
соответствует
сценариям 1 и 4.
Анализ
текущей
надёжности
функционирования
системы
электрической централизации на станции Кошта согласно сценарию 1:
Функционирования системы электирческой централизации на станции Кошта
соответствует требованиям по надёжности. Величина запаса по надежности:
ф     ф  1,0743  105  0,6509  105  0,4234  105 1/ч
Так
ф  105 ,
как
то
запас
по
надёжности
считается
несущественным.
Необходимые мероприятия:
На этапе эксплуатации дополнительные мероприятия по повышению
надёжности не требуются, так как уровень надёжности электирческой
централизации на станции Кошта достаточен.
Анализ
текущей
надёжности
функционирования
системы
электрической централизации на станции Кошта согласно сценарию 1:
106
система электирческой централизации на станции Кошта фактически
соответствует
проектным
требованиям
по
надёжности.
На
этапах
проектирования, разработки и наладки данного объекта ЖАТ заложен запас
по надёжности:
п  п  ф. max  4,38  105  0,6509  105  3,7291  105 1/ч
Так как ф  105 , то запас по надёжности считается существенным.
Необходимые
мероприятия:
Так
как
уровень
надёжности
существующего объекта ЖАТ не ниже проектного и имеется соответствие
объекта сценарию 1, то дополнительные мероприятия по повышению
надёжности не требуются.
Примеры диграмм, которые могут быть получены с помощью анализа
расчётных показателей, представлены в Приложении 6.
Таким
образом,
методология
УРРАН
позволяет
анализировать
эффективность функционирования систем и устройств ЖАТ с различным
уровнем детализации такого анализа, в частности, выполнять оценку на этапе
проектирования целесообразности применения той или иной системы ЖАТ
на конкретном участке железной дороги, выносить оценку о качестве
проведения технического обслуживания систем ЖАТ на различных уровнях
(станция, перегон, цех, линейно-производственный участок, дистанция,
дорога, сеть дорог в целом) хозяйства автоматики и телемеханики,
планировать эксплуатационные затраты на содержание систем и устройств
ЖАТ с целью минимизации стоимости жизненного цикла.
107
Таблица 4.3
Интенсивность потока отказов (1/ч х 10-5) (фактическая на ЭКС)
Интенсивность потока отказов (1/ч х 10-5) (проектная на ЭКС)
Интенсивность потока отказов (1/ч х 10-5) (допустимая на ЭКС)
Интенсивность потока отказов фактическоя (1/ч х 10-5)
Интенсивность потока отказов проектная (1/ч х 10-5)
9
Интенсивность потока отказов допустимая (1/ч х 10-5)
Длительность отказов, ч
8
Расчетное (допустимое) число отказов
Климатический коэффициент
7
Коэффициент готовности фактический
Коэффициент нагруженности
6
Среднее время наработки на отказ (фактическое, в часах)
Коэффициент технической оснащенности
5
Длительнсть периода наблюдения; сут
Общее число стрелок, шт.
4
Среднее время восстановления, чч:мм:сс
Количество стрелок, шт.
3
Коэффициент готовности (требуемый)
Система
2
Регламентное время устранения отказа, (ч) - с точностью до одной сотой часа
Наименование станции
1
Количество отказов, О
ШЧ-№
Расчётная таблица показателей надёжности станционных систем ШЧ-3
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
ШЧ-3
МАКАРОВО
ЭЦ-9
10
1282
1,156
1
1,2
12,57
8
2,25
0,94
1:34:15
1095
3285
0,99998
16
21,46
60,76
30,4
1,5467
4,38
2,1944
ШЧ-3
ПРЕЧИСТОЕ
ЭЦ-9
13
1282
1,156
1
1,2
5,85
7
2,00
0,94
0:50:09
1095
3754
0,99999
21
31,38
78,99
26,6
1,7402
4,38
1,4770
ШЧ-3
СКАЛИНО
ЭЦ-9
16
1282
1,156
1
1,2
9,92
9
2,33
0,94
1:06:07
1095
2920
0,99998
26
33,16
97,21
34,2
1,4938
4,38
1,5430
ШЧ-3
НЕФЕДОВО
ЭЦ-9
9
1282
1,156
1
1,2
5,00
4
2,00
0,94
1:15:00
1095
6570
0,99999
14
21,72
54,68
15,2
1,7400
4,38
1,2191
ШЧ-3
БАКЛАНКА
ЭЦ-9
20
1282
1,156
1
1,2
10,17
7
2,17
0,94
1:27:09
1095
3754
0,99998
32
44,51
121,52
26,6
1,6041
4,38
0,9601
ШЧ-3
ГРЯЗОВЕЦ
МРЦ-13
30
1282
1,024
1
1,2
3,37
5
1,83
0,94
0:40:24
1095
5256
0,99999
42
79,18
161,46
19,0
2,1479
4,38
0,5161
ШЧ-3
ПАПРИХА
УЭЦ-М
28
1282
0,757
1
1,2
28,87
25
2,33
0,94
1:09:17
1095
1051
0,99995
29
58,04
111,41
95,1
2,2819
4,38
3,7401
ШЧ-3
ТУФАНОВО
УЭЦ-М
14
1282
0,757
1
1,2
15,22
11
2,50
0,94
1:23:00
1095
2389
0,99998
15
27,04
55,70
41,9
2,1260
4,38
3,2913
ШЧ-3
ЛОСТА
МРЦ-13
262
1282
1,024
1
1,2
24,28
31
1,75
0,94
0:47:00
1095
848
0,99996
371
727,18
1410,12
118,0
2,2587
4,38
0,3664
ШЧ-3
ВОЛОГДА I
МРЦ-13
127
1282
1,024
1
1,2
14,20
21
1,75
0,94
0:40:34
1095
1251
0,99998
180
351,34
683,53
79,9
2,2513
4,38
0,5120
ШЧ-3
БП 499 КМ
ЭЦ-9
6
1282
1,156
1
1,2
8,23
11
2,08
0,94
0:44:55
1095
2389
0,99999
10
13,92
36,46
41,9
1,6730
4,38
5,0289
ШЧ-3
РЫБКИНО
ЭЦ-9
14
1282
1,156
1
1,2
16,03
13
2,50
0,94
1:14:00
1095
2021
0,99997
22
27,04
85,06
49,5
1,3922
4,38
2,5471
108
Окончание табл. 4.3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
ШЧ-3
СУХОНА
ЭЦ-9
27
1282
1,156
1
1,2
7,88
10
2,17
0,94
0:47:18
1095
2628
0,99999
43
60,09
164,05
38,1
1,6044
4,38
1,0159
ШЧ-3
ПЕЧАТКИНО
МРЦ-13
25
1282
1,024
1
1,2
15,20
14
2,50
0,94
1:05:09
1095
1877
0,99998
35
48,29
134,55
53,3
1,5721
4,38
1,7341
ШЧ-3
МОРЖЕНГА
ЭЦ-9
9
1282
1,156
1
1,2
10,05
9
2,00
0,94
1:07:00
1095
2920
0,99998
14
21,72
54,68
34,2
1,7400
4,38
2,7431
ШЧ-3
СЕМИГОРОДНЯЯ
ЭЦ-9
11
1282
1,156
1
1,2
5,13
5
2,00
0,94
1:01:36
1095
5256
0,99999
18
26,55
66,84
19,0
1,7401
4,38
1,2468
ШЧ-3
ХАРОВСКАЯ
МРЦ-13
37
1282
1,024
1
1,2
7,93
11
2,00
0,94
0:43:16
1095
2389
0,99999
52
89,37
199,14
41,9
1,9657
4,38
0,9206
ШЧ-3
ПУНДУГА
ЭЦ-9
9
1282
1,156
1
1,2
3,32
7
2,00
0,94
0:28:26
1095
3754
0,99999
14
21,72
54,68
26,6
1,7400
4,38
2,1335
ШЧ-3
КАДНИКОВСКИЙ
ЭЦ-12-83
15
1282
0,965
1
1,2
7,37
11
2,00
0,94
0:40:11
1095
2389
0,99999
20
36,21
76,08
41,9
2,0847
4,38
2,4097
ШЧ-3
ВОЖЕГА
МРЦ-13
35
1282
1,024
1
1,2
3,45
8
2,00
0,94
0:25:53
1095
3285
0,99999
50
84,53
188,38
30,4
1,9656
4,38
0,7078
ШЧ-3
ЯВЕНГА
ЭЦ-9
18
1282
1,156
1
1,2
9,32
10
2,00
0,94
0:55:54
1095
2628
0,99999
29
43,46
109,37
38,1
1,7404
4,38
1,5239
ШЧ-3
ВОЛОГДА II
МРЦ-9
88
1282
1,153
1
1,2
37,68
29
1,67
0,94
1:17:58
1095
906
0,99994
140
254,87
533,29
110,4
2,0933
4,38
0,9063
ШЧ-3
МОЛОЧНАЯ
ЭЦ-9
16
1282
1,156
1
1,2
11,63
11
2,17
0,94
1:03:27
1095
2389
0,99998
26
35,60
97,21
41,9
1,6040
4,38
1,8859
ШЧ-3
ДИКАЯ
ЭЦ-9
9
1282
1,156
1
1,2
14,18
14
2,17
0,94
1:00:47
1095
1877
0,99998
14
20,02
54,68
53,3
1,6037
4,38
4,2670
ШЧ-3
КИПЕЛОВО
ЭЦ-9
18
1282
1,156
1
1,2
20,20
18
1,83
0,94
1:07:20
1095
1460
0,99997
29
47,49
109,37
68,5
1,9021
4,38
2,7431
ШЧ-3
КУЩУБА
ЭЦ-9
15
1282
1,156
1
1,2
27,02
19
2,17
0,94
1:25:19
1095
1383
0,99996
24
33,37
91,14
72,3
1,6039
4,38
3,4745
ШЧ-3
ЧЕБСАРА
ЭЦ-9
17
1282
1,156
1
1,2
16,82
13
2,17
0,94
1:17:37
1095
2021
0,99997
27
37,83
103,29
49,5
1,6040
4,38
2,0976
ШЧ-3
ШЕКСНА
МРЦ-13
34
1282
1,024
1
1,2
17,87
16
1,83
0,94
1:07:00
1095
1642
0,99997
48
89,75
182,99
60,9
2,1481
4,38
1,4573
ШЧ-3
ШЕЛОМОВО
ЭЦ-12-2000
11
1282
0,868
1
1,2
8,23
8
2,33
0,94
1:01:45
1095
3285
0,99999
13
22,79
50,18
30,4
1,9892
4,38
2,6569
ШЧ-3
ХЕМАЛДА
ЭЦ-12-2000
14
1282
0,868
1
1,2
13,25
9
2,67
0,94
1:28:20
1095
2920
0,99998
17
25,32
63,87
34,2
1,7361
4,38
2,3485
ШЧ-3
ЧЕРЕПОВЕЦ I
ТР-66
89
1282
1,356
1
1,2
27,80
30
3,42
0,94
0:55:36
1095
876
0,99996
167
125,87
634,32
114,2
0,8692
4,38
0,7883
ШЧ-3
ЧЕРЕПОВЕЦ II
ТР-66
79
1282
1,356
1
1,2
26,32
29
3,42
0,94
0:54:27
1095
906
0,99996
148
111,70
563,04
110,4
0,8689
4,38
0,8584
ШЧ-3
КОШТА
МРЦ-13
157
1282
1,024
1
1,2
30,07
33
3,67
0,94
0:54:40
1095
796
0,99886
221
207,26
845,00
125,6
1,0743
4,38
0,6509
109
Таблица 4.4
Интенсивность потока отказов (1/ч х 10-5) (фактическая на
ЭБУ)
Интенсивность потока отказов (1/ч х 10-5) (проектная на
ЭБУ)
Интенсивность потока отказов (1/ч х 10-5) (допустимая на
ЭБУ)
Интенсивность потока отказов фактическоя (1/ч х 105
)
Интенсивность потока отказов проектная (1/ч х 10 -5)
Расчетное (допустимое) число отказов
Интенсивность потока отказов допустимая
(1/ч х 10-5)
Коэффициент готовности
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
18
3,33
0,97
20:17:36
1095
1459
0,999421
12
25,13
44,72
68,5
1,85
3,29
5,04
ШЧ-3
МАКАРОВО : ПРЕЧИСТОЕ
АБ-2-К-93
14
437
0,944
1
1,2
34,02
22
3,17
0,97
37:06:46
1095
1193
0,99871
14
30,80
52,18
83,7
1,94
3,29
5,28
ШЧ-3
ПРЕЧИСТОЕ : СКАЛИНО
АБ-2-К-93
17
437
0,944
1
1,2
10,68
6
2,67
0,97
42:43:12
1095
4378
0,99959
17
44,41
63,36
22,8
2,31
3,29
1,19
ШЧ-3
СКАЛИНО : НЕФЕДОВО
АБ-2-К-93
8
437
0,944
1
1,2
7,27
5
3,00
0,97
34:53:46
1095
5255
0,99972
8
18,59
29,82
19,0
2,05
3,29
2,10
ШЧ-3
НЕФЕДОВО : БАКЛАНКА
АБ-2-К-93
12
437
0,944
1
1,2
1,8
1
2,17
0,97
43:12:00
1095
26278
0,99993
12
38,56
44,72
3,8
2,84
3,29
0,28
ШЧ-3
БАКЛАНКА : ГРЯЗОВЕЦ
АБ-2-К-93
17
437
0,944
1
1,2
4,37
2
2,83
0,97
52:26:24
1095
13138
0,99983
17
41,89
63,36
7,6
2,18
3,29
0,40
ШЧ-3
ГРЯЗОВЕЦ : ПАПРИХА
АБ-2-К-93
23
437
0,944
1
1,2
6,05
4
3,33
0,97
36:18:00
1095
6568
0,99977
23
48,18
85,72
15,2
1,85
3,29
0,58
ШЧ-3
ПАПРИХА : ЛОСТА
АБТЦ-03
10
437
0,647
1
1,2
4,13
3
2,67
0,97
33:02:24
1095
8759
0,99984
7
26,11
25,54
11,4
3,36
3,29
1,47
ШЧ-3
ЛОСТА : ПАПРИХА
АБТЦ-03
11
437
0,647
1
1,2
0,97
1
2,17
0,97
23:16:48
1095
26279
0,99996
7
35,35
28,10
3,8
4,14
3,29
0,45
ШЧ-3
ПАПРИХА : ТУФАНОВО
АБТЦ-2000
10
437
0,679
1
1,2
0,18
1
2,17
0,97
4:19:12
1095
26280
0,99999
7
32,13
26,81
3,8
3,94
3,29
0,47
ШЧ-3
ВОЛОГДА II:БП 499 КМ
КЭБ-1
4
437
0,84
1
1,2
28,58
24
2,67
0,97
28:34:48
1095
1094
0,99891
3
10,44
13,27
91,3
2,59
3,29
22,65
ШЧ-3
ВОЛОГДА I:БП 499 КМ
КЭБ-1
4
437
0,84
1
1,2
1,6
1
2,83
0,97
38:24:00
1095
26278
0,99994
3
9,85
13,27
3,8
2,44
3,29
0,94
ШЧ-3
БП 499 КМ:РЫБКИНО
КЭБ-1
4
437
0,84
1
1,2
8,63
5
2,83
0,97
41:25:26
1095
5254
0,99967
3
9,85
13,27
19,0
2,44
3,29
4,72
ШЧ-3
РЫБКИНО : СУХОНА
КЭБ-1
24
437
0,84
1
1,2
6,82
3
2,30
0,97
54:33:36
1095
8758
0,99974
21
72,79
79,59
11,4
3,01
3,29
0,47
ШЧ-3
СУХОНА : ПЕЧАТКИНО
КЭБ-1
6
437
0,84
1
1,2
21,33
20
3,00
0,97
25:35:46
1095
1313
0,99919
5
13,94
19,90
76,1
2,31
3,29
12,58
ШЧ-3
ПЕЧАТКИНО : МОРЖЕНГА
КЭБ-1
12
437
0,84
1
1,2
1,6
1
2,85
0,97
38:24:00
1095
26278
0,99994
10
29,36
39,80
3,8
2,43
3,29
0,31
Длительнсть периода наблюдения; сут
12
15,22
Среднее время восстановления, чч:мм:сс
11
1,2
Коэффициент готовности (требуемый)
Количество отказов
10
1
Регламентное время устранения отказа(ч)
Длительность отказов, ч.
9
0,944
Климатический коэффициент
Коэффициент нагруженности
8
437
ОБЩЕЕ число блок-участков, шт.
7
12
3
Количество блок-участков
6
АБ-2-К-93
2
Система
5
БП 359В КМ : МАКАРОВО
1
Наименование перегона
4
ШЧ-3
ШЧ-№
Коэффициент технической оснащенности
Среднее время наработки на отказ (фактическое, в
часах)
Расчётная таблица показателей надёжности перегонных систем ШЧ-3
110
Окончание табл. 4.4
1
ШЧ-3
ШЧ-3
ШЧ-3
2
МОРЖЕНГА :
СЕМИГОРОДНЯЯ
СЕМИГОРОДНЯЯ :
ХАРОВСКАЯ
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
КЭБ-1
21
437
0,84
1
1,2
1,93
2
2,67
0,97
23:09:36
1095
13139
0,99993
18
54,86
69,64
7,6
2,59
3,29
0,36
КЭБ-1
14
437
0,84
1
1,2
6,57
3
3,67
0,97
52:33:36
1095
8758
0,99975
12
26,60
46,43
11,4
1,89
3,29
0,81
КЭБ-1
АБ-2-К-2550-ЭТ-82
АБ-2-К-2550-ЭТ-82
АБ-2-К-2550-ЭТ-82
АБ-2-К-2550-ЭТ-82
22
437
0,84
1
1,2
4,75
2
3,33
0,97
57:00:00
1095
13138
0,99982
19
46,08
72,96
7,6
2,08
3,29
0,34
21
437
1,056
1
1,2
8,35
5
3,00
0,97
40:04:48
1095
5254
0,99968
23
48,83
87,55
19,0
1,83
3,29
0,71
17
437
1,056
1
1,2
3,68
3
2,33
0,97
29:26:24
1095
8759
0,99986
19
50,88
70,87
11,4
2,36
3,29
0,53
16
437
1,056
1
1,2
2,08
1
3,33
0,97
49:55:12
1095
26278
0,99992
18
33,51
66,71
3,8
1,65
3,29
0,19
23
437
1,056
1
1,2
8,25
3
2,67
0,97
66:00:00
1095
8757
0,99969
25
60,09
95,89
11,4
2,06
3,29
0,39
2
437
0,944
1
1,2
1,15
1
2,67
0,97
27:36:00
1095
26279
0,99996
2
5,22
7,45
3,8
2,30
3,29
1,68
10
437
1,056
1
1,2
2,42
2
2,67
0,97
29:02:24
1095
13139
0,99991
11
26,11
41,69
7,6
2,06
3,29
0,60
ШЧ-3
ХАРОВСКАЯ : ПУНДУГА
ПУНДУГА :
КАДНИКОВСКИЙ
КАДНИКОВСКИЙ :
ВОЖЕГА
ШЧ-3
ВОЖЕГА : ЯВЕНГА
ШЧ-3
ЯВЕНГА : ЕРЦЕВО
ШЧ-3
ВОЛОГДА II : ВОЛОГДА I
ШЧ-3
МОЛОЧНАЯ : ВОЛОГДА II
АБ-2-К-93
АБ-2-К-2550-ЭТ-82
ШЧ-3
ДИКАЯ : МОЛОЧНАЯ
АБ-2-К-93
8
437
0,944
1
1,2
9,12
6
2,83
0,97
36:28:48
1095
4378
0,99965
8
19,71
29,82
22,8
2,17
3,29
2,52
ШЧ-3
КИПЕЛОВО : ДИКАЯ
АБ-2-К-93
18
437
0,944
1
1,2
5,52
4
2,83
0,97
33:07:12
1095
6569
0,99979
18
44,36
67,08
15,2
2,18
3,29
0,75
ШЧ-3
КУЩУБА : КИПЕЛОВО
АБ-2-К-93
10
437
0,944
1
1,2
3,35
3
2,67
0,97
26:48:00
1095
8759
0,99987
10
26,11
37,27
11,4
2,31
3,29
1,01
ШЧ-3
ЧЕБСАРА : КУЩУБА
АБ-2-К-93
8
437
0,944
1
1,2
0,35
1
2,83
0,97
8:24:00
1095
26280
0,99999
8
19,71
29,82
3,8
2,17
3,29
0,42
ШЧ-3
ШЕКСНА : ЧЕБСАРА
АБ-2-К-93
16
437
0,944
1
1,2
4,72
3
3,67
0,97
37:45:36
1095
8758
0,99982
16
30,40
59,63
11,4
1,68
3,29
0,63
ШЧ-3
ШЕЛОМОВО : ШЕКСНА
АБ-2-К-93
16
437
0,944
1
1,2
14,6
10
3,50
0,97
35:02:24
1095
2627
0,99944
16
31,88
59,63
38,1
1,76
3,29
2,10
ШЧ-3
ХЕМАЛДА : ШЕЛОМОВО
АБТЦ-2000
12
437
0,679
1
1,2
25,73
23
2,67
0,97
26:50:55
1095
1141
0,99902
8
31,34
32,17
87,5
3,21
3,29
8,95
ШЧ-3
АБТЦ-2000
8
437
0,679
1
1,2
1,47
2
3,00
0,97
17:38:24
1095
13139
0,99994
6
18,59
21,45
7,6
2,85
3,29
1,17
ШЧ-3
ЧЕРЕПОВЕЦ I : ХЕМАЛДА
ЧЕРЕПОВЕЦ II :
ЧЕРЕПОВЕЦ I
АБ-2-К-93
3
437
0,944
1
1,2
3,52
4
2,67
0,97
21:07:12
1095
6569
0,99987
3
7,83
11,18
15,2
2,30
3,29
4,48
ШЧ-3
КОШТА : ЧЕРЕПОВЕЦ II
АБ-2-К-93
4
437
0,944
1
1,2
4,82
1
2,67
0,97
115:40:48
1095
26275
0,99982
4
10,44
14,91
3,8
2,30
3,29
0,84
ШЧ-3
111
5 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ УРРАН ПРИ ОЦЕНКЕ РИСКОВ ДЛЯ
СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Методология УРРАН подразумевает также определение и анализ
рисков для систем ЖАТ на различных этапах её жизненного цикла.
В рамках концепции комплексного управления надёжностью, рисками,
стоимостью жизненного цикла на железнодорожном транспорте понятие
риска включает два элемента:
1) Вероятность возникновения события или сочетание событий,
ведущих к опасности или частота возникновения таких событий;
2) Последствия опасности.
Применительно
к
проблеме
обеспечения
безопасности
на
железнодорожном транспорте указанным выше событием может быть
ухудшение
здоровья
технической
или
системы
смерть
или
человека,
устройства,
авария
или
катастрофа
загрязнения
или
разрушение
экологической системы, гибель группы людей или возрастание смертности
населения, материальный ущерб от реализовавшихся опасностей или
увеличение затрат на безопасность.
Риск
является
неизбежным,
сопутствующим
фактором
производственной деятельности. Риск объективен, для него характерны
неожиданность, внезапность наступления, что предполагает прогноз риска,
его анализ, оценку и управление – ряд действий по недопущению факторов
риска или ослаблению воздействия опасности.
Анализ риска представляет собой структурированный процесс, целью
которого
является
определение
как
вероятности,
так
и
размеров
неблагоприятных последствий исследуемого действия, объекта или системы.
В качестве неблагоприятных последствий рассматривается вред, наносимый
людям, имуществу или окружающей среде.
На основе методологии УРРАН для систем ЖАТ необходимо
проводить расчёт и анализ следующих показателей:
112
- вероятность риска по безотказности для системы ЖАТ;
- возможная величина ущерба из-за задержек поездов, связанных с
отказами устройств системы ЖАТ, и устранения отказов;
- вероятность риска по безопасности для системы ЖАТ;
- возможная величина ущерба в результате действия поражающих
факторов.
Расчёт данных показателей на этапе проектирования также базируется
на использовании эталонных объектов системы ЖАТ. Однако, величину
риска невозможно оценить без учёта эксплуатационной нагрузки системы
ЖАТ на участке, для которого она проектируется. Поэтому вводится такое
понятие
наиболее
загруженного
эталонного
объекта,
по
которому
производится оценка риска для всей системы ЖАТ в целом.
Наиболее загруженный эталонный объект системы ЖАТ (НЗЭО) – это
эталонный объект системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации,
частота использования которого наибольшая среди всех эталонных объектов
на рассматриваемой участке (станции). Под использованием эталонного
объекта системы ЖАТ понимается событие (процесс), при котором в данный
момент (период) времени осуществляется управление движением поездов с
помощью рассматриваемого эталонного объекта системы ЖАТ.
Также для оценки риска необходимо различать следующие состояния:
Активное состояние эталонного объекта системы ЖАТ - это такое
состояние элемента, при котором он в течение некоторого интервала времени
используется в реализации функций по управлению и регулированию
процесса движения поезда на станции, а параметры функционирования
эталонного объекта системы ЖАТ влияют на безопасность движения поезда.
Пассивное состояние эталонного объекта системы ЖАТ - это такое
состояние объекта, когда он в течение некоторого интервала времени не
участвует в реализации функций по управлению и регулированию процесса
движения поезда на станции, а параметры функционирования эталонного
объекта системы ЖАТ не влияют на безопасность движения поезда.
113
Пассивное неопасное состояние эталонного объекта системы ЖАТ –
пассивное состояние эталонного объекта системы ЖАТ, при котором не
возникают дестабилизирующие и поражающие факторы, связанные с
функционированием эталонного объекта системы ЖАТ и движением поезда
по участку (станции).
Активное неопасное состояние эталонного объекта системы ЖАТ –
активное состояние эталонного объекта системы ЖАТ, при котором не
возникают дестабилизирующие факторы, связанные с функционированием
эталонного объекта системы ЖАТ.
Пассивное опасное состояние эталонного объекта системы ЖАТ –
пассивное состояние эталонного объекта системы ЖАТ, при котором под
действием дестабилизирующих факторов, связанных с функционированием
эталонного объекта системы ЖАТ, не возникают поражающие факторы,
связанные с движением поезда по участку (станции).
Активное опасное состояние устройства эталонного объекта системы
ЖАТ – активное состояние эталонного объекта системы ЖАТ, при котором
под
действием
дестабилизирующих
факторов,
связанных
с
функционированием эталонного объекта системы ЖАТ, могут возникнуть
поражающие факторы, связанные с движением поезда по участку (станции).
Тогда с учётом последствий от отказов систем ЖАТ, их состояний,
эксплуатационной нагрузкой на участке, для которого проектируется система
ЖАТ, рассчитанных показателей надёжности и безопасности проектируемой
системы ЖАТ определяются следующие показатели риска:
Вероятность риска по безотказности для системы ЖАТ – это
вероятность отказа эталонного объекта системы ЖАТ, который приводит к
возникновению ущерба из-за задержек поездов и устранения этого отказа.
Вероятность риска по безопасности для системы ЖАТ – это
вероятность перехода эталонного объекта системы ЖАТ в активное опасное
состояние.
114
В общем случае на этапе проектирования можно использовать
допущение, что интервалы
времени
между случайными
событиями
распределены по экспоненциальному закону (интервал времени между
отказами эталонного объекта системы ЖАТ, длительность устранения
отказов эталонного объекта системы ЖАТ, интервал времени между
использованиями
эталонного
объекта
системы
ЖАТ,
длительность
использования эталонного объекта системы ЖАТ).
Для этого необходимо определить НЗЭО системы ЖАТ. На основе
эксплуатационных показателей работы участка (станции), для которого
проектируется система ЖАТ, определяются коэффициенты использования
для каждого ЭО системы ЖАТ и выбирается наиболее загруженный из них,
который будет являться НЗЭО и использоваться для дальнейшего расчёта
рисков.
Далее отдельно рассматриваются риски по безотказности и по
безопасности для системы ЖАТ:
- для НЗЭО определяются вероятность риска по безотказности, а также
возможная величина ущерба из-за задержек поездов и устранения отказов.
- для НЗЭО определяются вероятность риска по безопасности и
возможная величина ущерба в результате действия поражающих факторов.
При этом для расчёта риска по безопасности для системы ЭЦ необходимо
отдельно учитывать движение пассажирских и грузовых поездов.
После того, как определены все показатели надёжности и риска
проводится их сравнению с допустимыми показателями в соответствии с
методологией УРРАН.
Исходные данные для анализа риска на этапе проектирования
определяются на основе «Методики расчёта показателей надёжности и
безопасности функционирования систем ЭЦ». Параметры движения поездов
соответствуют параметрам движения станции, на которой планируется
внедрение
проектируемой
системы
ЖАТ.
В
результате
расчётов
115
определяются показатели риска на этапе проектирования системы ЖАТ,
представляемые в виде таблицы 5.1.
Таблица 5.1
Значение показателей риска системы ЖАТ на этапе проектирования
№
п/п
1
2
3
4
5
Наименование показателя
Обозначение
показателя
Вероятность риска по
безотказности системы ЖАТ
Величина ущерба по
безотказности от
функционирования системы
ЖАТ
Вероятность риска по
безопасности системы ЖАТ
Величина риска потери жизни
человека от
функционирования системы
ЖАТ
Величина ущерба от
функционирования системы
ЖАТ по безопасности
PПРОЕКТ
Исходные
определяются
данные
на
для
основе
Значение
показателя
CПРОЕКТ
Б
PПРОЕКТ
чел
RПРОЕКТ
эк
RПРОЕКТ
анализа
риска
статистических
на
этапе
данных
об
эксплуатации
отказах
на
рассматриваемой станции. Параметры движения поездов определяются на
основе графика исполненного движения поездов на рассматриваемой
станции с учётом эксплуатационных особенностей. В результате расчётов
определяются показатели риска на этапе эксплуатации системы ЖАТ,
представляемые в виде таблицы 5.2.
116
Таблица 5.2
Значение показателей риска системы ЭЦ на этапе эксплуатации
№
п/п
1
2
3
4
5
Наименование показателя
Обозначение
показателя
Вероятность риска по
безотказности системы ЖАТ
Величина ущерба по
безотказности от
функционирования системы
ЖАТ
Вероятность риска по
безопасности системы ЖАТ при
движении грузовых поездов
Величина риска потери жизни
человека от
функционирования системы
ЖАТ
Величина ущерба по
безопасности от
функционирования системы
ЖАТ
PЭКСП
Значение
показателя
CЭКСП
Б
PЭКСП
чел
RЭКСП
эк
RЭКСП
Оценка риска должна осуществляться с помощью сочетания частоты
возникновения
опасного
события
и
тяжести
его
последствий,
для
установления уровня риска, создаваемого опасным событием. Приемлемость
риска должна основываться на общепринятом принципе. В качестве базового
принципа в ОАО «РЖД» должен применяться принцип ALARP – «Риск
настолько низкий, насколько это практически возможно». В таблице 6.3 в
качественных понятиях приведены типовые категории вероятности или
частоты возникновения опасного события и описание каждой категории
применительно к железнодорожной транспортной системе.
117
Таблица П.5.3
Частота возникновения опасных событий
Категория
Частое
Вероятное
Случайное
Редкое
Крайне редкое
Маловероятное
Описание
Вероятность частого возникновения. Постоянно будет присутствовать
опасная ситуация.
Неоднократное возникновение. Ожидается частое возникновение
опасной ситуации.
Вероятность неоднократного возникновения. Ожидается неоднократное
возникновение опасной ситуации.
Вероятность того, что событие будет иногда возникать на протяжении
жизненного цикла системы. Обоснованное ожидание возникновения
опасной ситуации.
Вероятность возникновения маловероятна, но возможна. Можно
предположить, что опасная ситуация может возникнуть в
исключительном случае.
Вероятность возникновения крайне маловероятна. Можно
предположить, что опасность не возникнет.
Для оценки возможного влияния следует использовать анализ
последствий. В таблице 5.4 представлены типовые уровни тяжести опасных
ситуаций и последствий, связанных с каждым таким уровнем, для всех
железнодорожных систем.
Таблица 5.4
Уровни тяжести опасных ситуаций
Уровень тяжести
Катастрофический
Критический
Несущественный
Незначительный
Последствие для людей или окружающей
среды
Погибшиев результате аварии и/или
многочисленные пострадавшие и/или
серьёзный ущерб для окружающей
среды.
Отдельные случаи со смертельным
исходом и/или серьёзно пострадавшие
и/или значительный ущерб для
окружающей среды
Небольшие травмы и/или значительная
угроза для окружающей среды
Возможные незначительные травмы
Последствие для
эксплуатации
Полная потеря системы
Полная потеря системы
Тяжёлое повреждение
системы/систем
Небольшие повреждения
системы
118
Аналогичный подход можно использовать и для систем ЖАТ.
Применяемые категории и численный масштаб показателей для анализа
риска систем ЖАТ должны быть заданы в виде таблицы 5.5, значения
соответствующих показателей для анализа риска системы ЖАТ – в виде
таблицы 5.6.
Таблица 5.5
Численный масштаб показателей риска системы ЖАТ
Показатели Категории
риска
Частое
Вероятное
Случайное Редкое
Крайне
Малове-
редкое
роятное
PПРОЕКТ
Б
PПРОЕКТ
Таблица 5.6
Значения ущерба при анализе риска системы ЖАТ
Показатели Уровень тяжести
риска
Катастро-
Крити-
Несущест-
Незначи-
фический
ческий
венный
тельный
CПРОЕКТ
чел
RПРОЕКТ
эк
RПРОЕКТ
Численные
административным
значения
органом
в
таблицах
5.5
железнодорожного
и
5.6
определяются
транспорта
согласно
действующему законодательству и нормативам.
В таблице 5.7 дано определение качественных категорий риска и
рекомендуемых действий, применяемых относительно каждой категории.
119
Таблица 5.7
Качественные категории риска
Категория риска
Недопустимый
Нежелательный
Допустимый
Не принимаемый в
расчёт
Действия относительно каждой категории
Должен быть исключён.
Может быть принят в качестве приемлемого в случае
невозможности снижения риска и по согласованию с ОАО «РЖД»
или органом надзора за безопасностью
Приемлем при надлежащем контроле и с согласия ОАО «РЖД»
Приемлем с/без согласия ОАО «РЖД»
Анализ риска производится согласно типовой матрице «частота –
последствие», приведённой в таблице 5.8.
Таблица 5.8
Матрица «частота – последствие»
Частота
возникновения
опасного
события
Частое
Вероятное
Случайное
Редкое
Крайне
редкое
Маловероятное
Уровни риска
Нежелательный
Допустимый
Допустимый
Не принимаемый
в расчёт
Не принимаемый
в расчёт
Не принимаемый
в расчёт
Недопустимый
Нежелательный
Нежелательный
Допустимый
Недопустимый
Недопустимый
Нежелательный
Нежелательный
Недопустимый
Недопустимый
Недопустимый
Нежелательный
Не принимаемый
в расчёт
Не принимаемый
в расчёт
Допустимый
Допустимый
Не
принимаемый в
расчёт
Критический
Не
принимаемый в
расчёт
Незначительный
Несущественный
Катастрофический
Уровни тяжести последствия опасного события
Таким образом, на основании таблицы 5.8 анализ риска для системы
ЖАТ на этапе проектирования может проводиться по двум матрицам
«частота – последствие»:
- матрица анализа риска по безотказности системы ЖАТ на этапе
проектирования (используются показатели PПРОЕКТ и CПРОЕКТ );
120
- матрица анализа риска по безопасности системы ЖАТ на этапе
эк
Б
проектирования (используются показатели PПРОЕКТ и RПРОЕКТ , показатель
чел
RПРОЕКТ
соответствует катастрофическому уровню тяжести последствий
опасного события).
На этапе эксплуатации анализ риска для системы ЖАТ проводится по
следующим двум матрицам «частота – последствие»:
- матрица анализа риска по безотказности системы ЭЦ на этапе
проектирования (используются показатели PПРОЕКТ и CПРОЕКТ );
- матрица анализа риска по безотказности системы ЭЦ на этапе
эксплуатации (используются показатели PЭКСП и CЭКСП ).
Согласно проведённому анализу риска, делается вывод: удовлетворяет
или нет проектируемая система ЖАТ предъявляемым требованиям для
введения её в эксплуатацию на заданном участке. Также предлагаются
методы достижения требуемого уровня риска и оценивается эффективность
их применения, в том числе могут быть рассмотрены рекомендации по
техническому обслуживанию системы ЖАТ на участке проектирования.
На этапе эксплуатации системы ЖАТ на основе анализа риска можно
обосновывать целесообразность дальнейшей эксплуатации, модернизации
или замены рассматриваемой участке эксплуатации.
121
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
122
Интенсивность отказов устройств железнодорожной автоматики и
телемеханики
Таблица П.1.1
Проектные интенсивности отказов элементов и устройств железнодорожной
автоматики и телемеханики
Блоки, устройства, элементы автоматики и телемеханики
Интенсивность
отказов, 1/ч,
ср10-6
Схемы кодирования в хвост удаляющегося поезда
1,2
Пневматическая обдувка
1,5
Сопротивление:
- цепи ПХ-ОХ относительно земли
1,8
- изоляции линии между релейным шкафом и дроссель-
2,7
трансформатором
- изоляции кабеля между релейным шкафом и КЯ в высоковольтной
2,7
линии
Изоляция монтажа кабеля
2,7
Основной источник питания (ПХ-ОХ) на посту ЭЦ
2,9
Резервный источник переменного тока и предохранитель
2,9
Схемы изменения направления
2,9
Релейные устройства ЭЦ
2,9
Перекрытие входных, поездных и маневровых сигналов
3,3
Аккумуляторные батареи:
- рабочие
4,5
- станционные при максимальной нагрузке
4,5
- входного светофора
4,5
Электрические стрелки
4,6
Лампы сигналов автошлагбаума
5,5
Цепь двигателя автошлагбаума
5,5
Схема открытия (закрытия) автошлагбаума
5,5
Автошлагбаумы
5,5
Стабилитронный блок
5,7
Реле путевое
6,4
Реле ДСШ
6,4
123
Продолжение таблицы П.1.1
Предохранители
6,4
Цепи двойного снижения напряжения
6,4
Трансмиттерное реле
8,9
Рельсовая цепь
9,0
Устройства звуковой и световой сигнализации
14,9
Изолирующие стыки
25,5
Дроссель-трансформаторы:
ДТ-0,2-500
0,06
ДТ-0,2-1000
0,02
ДТ-0,6-500
0.14
ДТ-0,6-1000
0,07
ДТ-1-150
0,11
2ДТ-1-150
0,02
Стрелочные электродвигатели:
МСП-0,1 на напряжение:
30 В
0,63
100 В
0,44
160В
1,41
МСП-0,15 на напряжение:
30 В
160 В
0,67
МСП-0,25 на напряжение:
1,97
30 В
100 В
160 В
1,81
МСТ-0,6 на напряжение
1,38
190 В
1 17
0,24
Блоки ЭЦ:
НМ1
0,11
124
Продолжение таблицы П.1.1
НСС
0,05
НН
0,23
Ml
0,15
В1
0,08
СП-69
0,06
ВД-62
0,09
ПС-220М
0,40
Светофоры:
Светофоры линзовые:
• на железобетонных мачтах
0,17
• на металлических мачтах без трансформаторных ящиков
0,07
• на металлических мачтах с трансформаторными ящиками
0,71
• карликовые
0,03
Светофоры переездные
0,15
Светофоры локомотивные
0,02
Указатели и полосы освещения
0,08
Лампа светофорная типа ЖГЛО-10-2
0,36
Ламповые патроны
0,20
Монтажные провода
0,20
Электромагнитные реле:
АНШ2-1600
0,06
АНШМ2-380
0,04
АНМШТ-380
0,26
АНВШ2-2400
0,26
НМШ1-1800
0,004
ИМШ 1-0,3
0,3
КМШ-3000
0,02
НМПШ-900
0,21
ПМПШ-150/150
0,531
СКПШ1А-100
0,02
ОМШ2-40
1,95
НШ1-800
0,017
125
Продолжение таблицы П.1.1
ТШ1-2000
1,507
КДРШ1
0,05
КДРШЗ-М
0,066
УКДР1В-1
0,09
Релейные шкафы и стативы
Шкаф релейный металлический типа:
• ШМ-1
0,1
• ШМ-2
1,56
• ШМ-3
0,91
• ШРШ-4
0,27
• ШРШ-6
0,77
Шкаф релейный унифицированный типа ШРУ
0,16
Статив кодовых реле закрытый типа СЗР-67/1-5
0,25
Статив для штепсельных реле закрытый типа СШРЗ-64/144
1,04
Статив релейный открытый унифицированный типа СОУ-66
0,34
Статив закрытый унифицированный типа СЗУ-66
0,54
Статив релейных блоков унифицированный типа СРБУ-67
0,32
Статив релейный типа СКРМ-75
3,07
Аппараты управления и контроля:
Пульт-манипулятор ЭЦ типа ПМ-ЭЦ
4,67
Выносное табло ЭЦ типа ТВ-ЭЦ
2,6
Пульт наклонный
9,34
Пульты унифицированные типа УП-1 и УП-2
2,12
Колонка маневровая
0,27
Пульт-манипулятор типа ПМДЦ-64
3,52
Оборудование кабельных сетей:
Муфта кабельная разветвительная:
• на четыре направления типа РМ-4-28
0,53
• на семь направлений типа РМ-7-49
0,12
• на восемь направлений типа РМ-8-112
0,14
126
Продолжение таблицы П.1.1
Муфта кабельная универсальная:
• на одно направление типа УКМ-12
0,08
• на два направления типа УПМ-24
0,03
Муфта соединительная типа С-35-М
0,009
Муфта тройниковая типа Т-35-М
0,04
Стойка кабельная концевая
0,17
Стойка кабельная проходная
0,13
Ящик кабельный типа КЯ-10
0,05
Ящик трансформаторный типа ТЯ11
0,08
Выпрямители:
ВАК-11
0,263
ВАК-ПА
0,503
ВАК-11М
0,554
ВАК-13
0,344
ВАК-13А
0,819
ВАК-13Б
3,297
ВАК-13М
0,406
ВАК-14
0,280
ВАК-14А
1,354
ВАК-14Б
0,638
ВАК-14М
0,292
ВАК-16
0,250
ВАК-16А
1,816
ВАК-16Б
1,902
Элементы защиты:
Выключатель тока низковольтный автоматический многократного
действия типа АВМ-1
0,08
Выравниватель керамический типа ВК-10
0,16
Выравниватель оксидно-цинковый типа:
• ВОЦШ-220
0,57
• ВОЦШ-110
0,07
Разрядник вентильный низковольтный типа:
127
Продолжение таблицы П.1.1
• РВНШ-250
0,16
• РВН-500
0,01
• РВН-250
0,71
• Р-350
0,033
Варистор типа СН-2-2А
0,002
Сигнализатор заземления типа С31
1,06
Предохранитель банановый:
• на цоколе типа 20872
0,09
• на цоколе с контролем перегорания типа 20876
0,07
• на клемме типа 20871
0,06
Устройства электропитания:
Щит выключения питания типа ЩВП-73
4,97
Панель вводная типа:
• ПВ-60
2,62
• ПВ-ЭЦ
2,16
Панель релейная типа:
• ПРБ
0,97
• ПРББ
0,88
Панель распределительно-преобразовательная типа ПРП-ЭЦ
0,33
Панель выпрямителей типа:
• ПВ-24
1,15
• ПВ-24/220Б
2,20
• ПВ-24/220ББ
1,69
Статив системы питания ЭЦ малых станций типа СПМС-ББ-50
0,27
Блок питания типа:
• БПС-1
1,01
• БПСН
0,06
• БПШ
0,38
Преобразователь полупроводниковый типа ППС-1,7
1,92
Преобразователь полупроводниковый штепсельный типа ППШ-3
1,27
Преобразователь-выпрямитель типа ППВ-1
2,47
Устройство фазирующее типа ФУ-1
2,37
128
Окончание таблицы П.1.1
Преобразователь частоты типа ПЧ-50/25
0,03
Выпрямитель буферный типа БВ-24/2,5
1,72
Регулятор тока автоматический типа РТА
0,82
Устройство выпрямительное типа:
• ВУ-14/1,5
0,24
• ВУС-1,3
0,17
Устройство зарядно-буферное типа ЗБУ-12/10
4,00
Аккумулятор типа:
• АБН-72
0,08
•С
0,006
Трансформаторы и реакторы:
ПОБС-1 — ПОБС-ЗА
0,057
ПОБС-75
0,230
СОБС-1—СОБС-3
0,049
ПТ-25, ПТ-25А
0,071
ПРТ-25, ПРТ-25А
0,191
СКТ-1
0,221
СТ-1
0,501
СТ-2
0,288
СТ-2А
0,092
СТ-3
0,059
СТ-ЗА
0,240
РТЭ-1
0,118
РТ-3
0,016
ПТВ
0,696
РОБС-1
0,069
РОБС-3
0,042
129
Таблица П.1.2
Проектные интенсивности отказов полупроводниковых приборов
Интенсивность
Полупроводниковые приборы
отказов, 1/ч,
ср10-6
Диоды
Выпрямительные точечные
германиевые
0,7
кремниевые
2,0
Выпрямительные микроплоскостные германиевые
0,7
Выпрямители плоскостные германиевые
5,0
Импульсные точечные германиевые
3,0
Импульсные плоскостные мезадиоды
германиевые
2,0
кремниевые
2,5
Импульсные сплавные кремниевые
0,6
Управляемые кремниевые
5,0
Стабилитроны кремниевые
5,0
Варикапы кремниевые
5,0
Выпрямительные столбы кремниевые
5,0
Микромодульные
германиевые
4,2
кремниевые
4,5
Диоды излучающие
0,58
Диоды и диодные сборки
0,7
Тиристоры
0,45
Оптопары
1,0
Коммутационные устройства
Разъемы
0,22
Соединения пайкой
2,8
Провода соединительные
9,1
Кабели
0,001
Предохранители плавкие
0,012
Контакты магнитоуправляемые
0,22
130
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
131
Таблица П.2.1
№ Вид
резервирования
1
Общее
резервирование с
постоянно
включенным
резервом и с
целой кратностью
Эквивалентные расчетные схемы и интенсивности их отказов
Эквивалентная расчетная схема
Результирующая
Примечание
интенсивность отказов
при экспоненциальном
законе надежности
0
1
2
n
1
1
2
n
m
1
2
n
c (t ) 
0 (m  1)  e  t  (1  e  t )m m -кратность общего
0
1  (1  e
0
 0 t m 1
)
резервирования;
0 интенсивность отказов
основной системы или любой из
резервных систем, равная
n

i 1
2
Раздельное
резервирование с
постоянно
включенным
резервом и с
целой
кратностью.
0
1
2
n
1
1
2
n
m
1
2
n
c (t ) 
i
N (m  1)  et  (1  e t )m  - интенсивность отказов одного
элемента системы.
1  (1  e t )m 1
132
Продолжение таблицы П.3.1
3
4
Общее
резервирование
замещением с
целой кратностью
Раздельное
резервирование
замещением с
целой кратностью
0
1
2
n
1
1
2
n
c (t ) 
0  (0t )
m
(0t )i
m
m!
i 0
m
1
2
0
1
2
n
1
1
2
n
n
c (t ) 
0  (t ) m
m
( t ) m
m!
i 0
m
1
2
i!
n
i!
Работает только один основной
элемент, остальные элементы
отключены с помощью
специальных переключающих
устройств и находятся в
«холодном» резерве. При отказе
основной системы она
отключается, а на ее место
подключается одна из резервных
систем. Резервированная система
откажет про возникновении
(m  1)  го отказа. Предполагается,
что системы, находятся в резерве,
отказывать могут и что
переключающие устройства
абсолютно надежны.
133
Окончание таблицы П.3.1
5
6
Раздельное
резервирование
замещением с
дробной
кратностью
(скользящее
резервирование)
Резервирование
отсутствует
1
2
n+1
n
n+m
c (t ) 
 0  ( 0 t )
m
( 0 t ) i
m
m!
i 0
1
2
n
n
c (t )   i
i 1
i!
Этот вид резервирования
применяется, если все элементы
системы выполняют одинаковые
функции. Основная система имеет
n элементов, а m элементов
находятся в «холодном» резерве.
При отказе любого работающего
элемента на его место
подключается любой из резервных.
Это означает, что надежность
данной системы равна надежности
системы с общим резервированием
с замещением, но в тоже время
имеет в n раз меньше резервных
элементов.
134
Таблица П.2.2
Пример составления и преобразования расчетной схемы надежности объекта с получением расчетной формулы
Составление исходной эквивалентной расчетной схемы надёжности объекта
6
2
1
4
7
5
8
3
Сопоставление различным схемам соединения элементов соответствующих расчетных соотношений и замена участков
схемы эквивалентными звеньями с результирующей интенсивностью
6
2
1
4
7
5
8
3
Из таблицы 3.1:
Формула 2 Формула 4
Формула 2
135
Окончание таблицы П.3.2
Расчетная схема, полученная в результате преобразований
э1
э2
э
э3
э4
Э1-Э4 – эквивалентные элементы, заменяющие участки исходной схемы расчета надежности, которые описывают различные схемы
резервирования (заменяют выделенные пунктиром участки схемы).
Интенсивность отказов полученной расчетной схемы с последовательным соединением элементов вычисляется по формуле 6 из таблицы 3.1
Результирующая расчетная формула
4
 рез    Эi
i 1
136
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
137
Поправочные коэффициенты
Рис. П.3.1 Карта климатических зон Европейской части России
Таблица П.3.1
Значения поправочного климатического коэффициента для различных
климатических зон
Номер
Минимальная
Поправочный
климатической зоны
температура
коэффициент*
1
< -45,5
1,5 – 1,7
2
-45,5 до -40,1
1,3 – 1,5
3
-40,0 до -34,5
1,1 – 1,3
4
-34,4 до -28,9
0,9 – 1,1
5
-28,8 до -23,4
0,9 – 1,1
6
-23,3 до -17,8
0,9 – 1,1
7
-17,7 до -12,3
0,9 – 1,1
8
-12,2 до -6,7
0,9 – 1,1
9
-6,6 до -1,2
0,9 – 1,1
138
Таблица П.3.2
Значения поправочного коэффициента нагруженности участка железной
дороги
Категория линии
Поправочный коэффициент*
Скоростная
1,3 – 1,5
Особогрузонапряжённая
1,1 – 1,3
I категория
0,9 – 1,1
II категория
0,8 – 0,9
III категория
0,7 – 0,8
IV категория
0,5 – 0,7
– значение поправочного коэффициента зависит от наличной пропускной
способности участка, наименьшему значению наличной пропускной
способности участка соответствует наименьшее значения поправочного
коэффициента из указанного диапазона.
139
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
140
Таблица П.4.1
Классификация видов нарушений безопасности движения поездов,
отказов устройств и нарушений правил их технической эксплуатации
1
1.1 Отказы устройств автоблокировки, в результате
которых была допущена задержка поезда сверх
времени,
установленного графиком движения
поездов, менее чем на 1 час
1.2 Отказы устройств электрической централизации, в
результате которых была допущена задержка поезда
сверх времени, установленного графиком движения
поездов, менее чем на 1 час:
по всей станции
в одном районе станции
1.3
Отказы
устройств
полуавтоматической
блокировки, в результате которых была допущена
задержка поезда сверх времени, установленного
графиком движения поездов, менее чем на 1 час
1.4 Отказы путевых устройств АЛС в системах
АЛСО, в результате которых была допущена
задержка поезда сверх времени, установленного
графиком движения поездов, менее чем на 1 час
1.5 Отказы устройств диспетчерской централизации
или диспетчерского контроля, в результате которых
была допущена задержка поезда сверх времени,
установленного графиком движения поездов, менее
чем на 1 час
1.6 Неисправности в устройствах связи систем ДУ и
ДК, вызывающие перерыв действия всех видов связи
на участке железной дороги
Оценка нарушений безопасности движения,
отказов устройств и нарушений правил их
эксплуатацииБ, баллов
Отказы I
группы
Содержание нарушений безопасности движения
поездов, последствия отказов устройств и нарушений
правил их эксплуатации
Среднесетевое время восстановления
работоспособности устройств tСВ, ч
№
п/п
Виды нарушений безопасности движения
поездов, отказов устройств СЦБ, электро- и
радиосвязи и нарушений правил их эксплуатации
(фрагмент)
1,2
24
1,2
(0,6)
24
12
1,5
24
-
24
-
24
4,0
24
141
2
Отказы
и
нарушени
я II
группы
1.7 Незавершенность ремонта устройств СЦБ во
время выделенного для этих целей технологического
окна, в результате чего была допущена задержка
поезда сверх установленного графиком движения
менее чем на 1 час
1.8 Неисправности устройств контроля состояния
подвижного состава, в результате которых не был
подан сигнал остановки поезда с неисправностями,
контролируемыми этими устройствами, что, однако,
не привело к крушению, аварии или особому случаю
брака
1.9 Неисправности устройств контроля состояния
подвижного состава, в результате которых были
произведены остановки трех поездов подряд с
отсутствующими в них контролируемыми этими
устройствами неисправностями
1.10 Неисправности устройств ограждения переезда,
вызывающие:
-самопроизвольное открытие переезда для движения
автотранспорта при нахождении поезда на участке
приближения к переезду или на самом переезде
-незакрытие переезда для движения автотранспорта
при нахождении поезда на участке приближения к
переезду или на самом переезде
2.1 Неисправности устройств СЦБ, вызвавшие
самопроизвольное включение на путевом светофоре
запрещающего движение показания, но без проезда
светофора
2.2 Неисправности путевых устройств САУТ,
вызвавшие необходимость экстренного торможения,
но без проезда запрещающего движение сигнала
2.3
Неисправности
устройств
электрической
централизации, вследствие которых прием и
отправление
поездов
производятся
по
пригласительным сигналам или с помощью
радиосвязи, или с проводником, но без задержки
сверх установленного графиком движения времени
2.4 Неисправности устройств механизации и
автоматизации сортировочных горок, вызывающие
прекращение роспуска состава:
при которых происходит бой вагонов, порча грузов
или имеются другие материальные потери,
не
классифицируемые как случаи особого брака
не сопровождаемые материальными потерями
2.5 Неисправности устройств связи в составе ДЦ и ДК
сопровождаемые задержкой поездов, но не сверх
установленного графиком движения времени
не
сопровождаемые задержками поездов
2.6 Неисправности воздушных и кабельных линий
связи, вследствие которых произошел перерыв
действия систем ДЦ и ДК
–
24
–
24
–
24
–
24
–
16
1,2
(0,6)
8
–
8
1,2
(0,6)
8
1,0
12
8
0,5
8
4
4
8
142
3 Отказы и
нарушени
я III
группы
4 Отказы и
нарушени
я IV
группы
2.7 Отказы устройств электрожезловой системы, в
результате которых произошла задержка поезда сверх
установленного графиком движения времени менее
чем на 1 час
2.8 Неисправности устройств ограждения переезда,
вызывающие неоткрытие переезда для движения
автотранспорта после освобождения поездом переезда
или самопроизвольное закрытие переезда для
движения автотранспорта при отсутствии поезда на
участке приближения к переезду
2.9
Неисправность
устройств
телеконтроля
(теледиагностики), в результате которой не был
предотвращен отказ контролируемых ими устройств
СЦБ, электро- или радиосвязи
3.1 Случай нарушения ПТЭ или Инструкции по
техническому обслуживанию устройств СЦБ. или
Инструкции по обеспечению безопасности движения
поездов при производстве работ по техническому
обслуживанию и ремонту устройств СЦБ ЦШ-530, а
также других аналогичных нормативных документов,
зафиксированный по результатам ревизии дистанции
3.2 Неисправности устройств СЦБ, вследствие
которых невозможен перевод стрелки на станционных
или горочных путях, не вызывающий, однако,
задержку поездов или прекращение роспуска состава
3.3 Неисправности устройств СЦБ, вследствие
которых невозможно включение разрешающего
показания на станционном светофоре, не вызывающее
задержку движения поездов
3.4 Неисправность указателей отправления поездов
1,5
8
–
8
–
8
–
6
1,2
(0,6)
6
1,2
(0,6)
6
1,5
(1)
4.1 Отказы устройств СЦБ, электро- и радиосвязи, не –
отнесенные к 5,6 или 7 группам отказов, но
повлиявшие на регулярность процесса перевозок, или
способные повлиять на безопасность движения
поездов
4.2 Случай нарушения установленной технологии –
обслуживания и содержания устройств СЦБ,
зафиксированный по результатам ревизии, но не
повлекший отказа соответствующего устройства
(отклонения контролируемых параметров от нормы в
рельсовых цепях, кабелях и т.д.)
4.3 Неудовлетворительное знание разделов ПТЭ и –
инструкций, предусмотренных соответствующими
должностными
обязанностями,
работником
дистанции, а также неудовлетворительное знание
собственных
должностных
обязанностей,
зафиксированное по результатам ревизии дистанции
4.4 Случай сокрытия или несвоевременного –
информирования об отказах устройств
6
4
4
4
4
143
4.5 Случай нарушения технологии хранения –
устройств
4.6 Случай нарушения технологии транспортирования –
устройств
4.7 Случай
нарушения технологии ведения –
технической документации
4
4
2
Примечание: 1. В столбце 4 таблицы указано среднесетевое время восстановления
работоспособности устройств tСВ: без скобок – на участках с бессменной работой;
в
скобках – при наличии сменного дежурства.
2. Начальники служб автоматики и телемеханики дороги, учитывая местные
условия,
имеют
право
изменять
для
отдельных
дистанций
величину времени
восстановления устройств, если в среднем по дороге оно не превышает среднесетевого
значения.
3. По отказам, для которых отсутствует среднесетевое значение времени восстановления
устройств, величина этого времени определяется службами автоматики и телемеханики дороги.
144
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
145
Пример расчета интенсивности отказов эталонного объекта
Таблица П.5.1
Расчет интенсивности отказов ЭО
Наименование
Реле
исполнительной
и наборной
группы
Тип
АНМШ2760
Гарнитура
Количество,
ед
Интенсивность,
10-6 1/ч
Суммарная
интенсивность,
10-6 1/ч
48
0,05
2,4
1
2,3
2,3
Примечание
На одну
стрелку. Тип
реле выбран в
качестве
представителя.
Комплектов на
одну стрелку.
На одну
стрелку.
Привод
СП-6
1
1,68
1,68
Электродвигатель
стрелочного
электропривода
МСП0.15 на
160 В
1
1,97
1,97
На одну
стрелку.
Автопереключатель
1
1,81
1,81
На одну
стрелку.
Блок-контакт
1
1,11
1,11
На одну
стрелку.
Контрольные
линейки
1
0,12
0,12
Комплектов на
одну стрелку.
Рабочие линейки
1
0,12
0,12
Комплектов на
одну стрелку.
Нейтральное
пусковое реле
НПС
НМПШ1500/220
1
0,2
0,2
На одну
стрелку.
Поляризованное
пусковое реле
ППС
ПМПШ150/150
1
0,531
0,531
На одну
стрелку.
Реле контроля
промежуточного
положения ОК
КШ1-800
1
0,114
0,114
На одну
стрелку.
Реле контроля
плюсового и
минусового
положения ПК и
МК
НМШ17000
2
0,02
0,04
На одну
стрелку.
146
Окончание таблицы П.5.1
Реле контроля
взреза ВЗ
НМШ17000
1
0,02
0,02
На одну
стрелку.
Резисторы
постоянные
3
0,07
0,21
На одну
стрелку.
Резистор
проволочный
мощный
1
0,16
0,16
На одну
стрелку.
Конденсатор
2
0,2
0,4
Линзовый
карликовый
светофор
2
0,03
0,06
На одну
стрелку.
С каждого из
соединяемых
путей, иначе
один
По четыре на
светофор
По одному на
каждое из
разветвлений
путей.
По одному на
каждую
границу
стрелочногоучастка
Лампа
светофорная
ЖС1215-15
8
0,78
6,24
Путевое реле
ДСШ13А
2
0,04
0,08
Дроссельтрансформатор
ДТ 0,2500
3
0,06
0,18
Трансформатор
питания
ПОБС3А
1
0,057
0,057
На одну
стрелку.
Релейные
трансформаторы
РТЭ-1
2
0,118
0,236
На каждый из
соединяемых
путей.
Конденсатор
4
0,15
0,6
Резисторы
постоянные
6
0,06
0,36
Стыковые
соединители
Изолирующие
стыки
0,4
8
12
2,25
4,8
Интенсивность
отказов
приведена на
2,5 км длины
18
Интенсивность
отказов
приведена на 1
шт.
43,798
Интенсивность отказов эталонного объекта составляет: 4,38* 10-5 1/ч
147
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
148
Долевое распределение перегонов ШЧ-3 по соотношению проектной и допустимой
интенсивностей отказов эталонных блок-участков (2008-2011 год)
7
С запасом по надёжности
3
Надежность в норме
Неудов летв орительно
25
Долевое распределение перегонов ШЧ-3 по соотношению проектной и
фактической интенсивностей отказов эталонных блок-участков (2008-2011 год)
7
С запасом по надёжности
3
Эксплуатационная надежность в
норме
Неудов летв орительно
25
Долевое распределение перегонов ШЧ-3 по соотношению допустимой и
фактической интенсивностей отказов эталонных стрелок (2008-2011 год)
5
С запасом по надёжности
5
Эксплуатационная надежность в
норме
25
Неудов летв орительно
Рис. П.6.1 Долевое распределение перегонов ШЧ-3 по отказам эталонных
блок-участков (2008-2011 год)
149
Рис. П.6.2 Долевое распределение станций ШЧ-3 по отказам ЭКС (2008-2011
год)
150
Распределение ШЧ Северной ж елезной дороги по соотношению фактической и допустимой интенсивностей отказов эталонных
стрелок на станциях (2008-2011 год)
100,0%
90,0%
7,4%
3,0%
7,7%
5,0%
8,3%
13,6%
12,1%
11,1%
13,3%
10,0%
16,7%
17,4%
20,0%
12,8%
22,2%
80,0%
22,7%
54,5%
70,0%
22,2%
64,6%
34,8%
46,7%
28,0%
60,0%
50,0%
40,0%
81,5%
84,8%
85,0%
79,5%
69,4%
22,7%
63,6%
10,4%
30,0%
61,1%
47,8%
52,0%
40,0%
20,0%
25,0%
22,7%
10,0%
0,0%
ШЧ-2
ШЧ-3
ШЧ-4
ШЧ-6
Доля станций с запасом по надежности
ШЧ-9
ШЧ-10
ШЧ-12
ШЧ-13
ШЧ-14
Доля станций с надёжностью в норме
ШЧ-15
ШЧ-17
ШЧ-18
Доля станций с неудовлетворительной надёж
Рис. П.6.3 Распределение ШЧ Северной железной дороги по соотношению
фактической и допустимой интенсивностей отказов эталонных стрелок на
станциях (2008-2011 год)
Рис. П.6.4 Сравнение допустимой, проектной и фактической интенсивности
отказов Эталонных объектов железнодорожной автоматики и телемеханики
на станциях
151
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
152
Таблица П.7.1.
Критические точки распределения 
Уровень значимости 
0,025
0,05
0,95
2
Число
степеней
свободы
k
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
0,01
6,6
9,2
11,3
13,3
15,1
16,8
18,5
20,1
21,7
23,2
24,7
26,2
27,7
29,1
30,6
32,0
33,4
34,8
36,2
37,6
38,9
40,3
41,6
43,0
44,3
45,6
47,0
48,3
49,6
50,9
5,0
7,4
9,4
11,1
12,8
14,4
16,0
17,5
19,0
20,5
21,9
23,3
24,7
26,1
27,5
28,8
30,2
31,5
32,9
34,2
35,5
36,8
38,1
39,4
40,6
41,9
43,2
44,5
45,7
47,0
3,8
6,0
7,8
9,5
11,1
12,6
14,1
15,5
16,9
18,3
19,7
21,0
22,4
23,7
25,0
26,3
27,6
28,9
30,1
31,4
32,7
33,9
35,2
36,4
37,7
38,9
40,1
41,3
42,6
43,8
0,0039
0,103
0,352
0,711
1,15
1,64
2,17
2,73
3,33
3,94
4,57
5,23
5,89
6,57
7,26
7,96
8,67
9,39
10,1
10,9
11,6
12,3
13,1
13,8
14,6
15,4
16,2
16,9
17,7
18,5
0,975
0,99
0,00098
0,051
0,216
0,484
0,831
1,24
1,69
2,18
2,70
3,25
3,82
4,40
5,01
5,63
6,26
6,91
7,56
8,23
8,91
9,59
10,3
11,0
11,7
12,4
13,1
13,8
14,6
15,3
16,0
16,8
0,00016
0,02
0,115
0,297
0,554
0,872
1,24
1,65
2,09
2,56
3,05
3,57
4,11
4,66
5,23
5,81
6,41
7,01
7,63
8,26
8,90
9,54
10,2
10,9
11,5
12,2
12,9
13,6
14,3
15,0
153
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
154
Таблица П.8.1.
Критические точки распределения Стьюдента
Число
степеней
свободы
k
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
35
40
45
50
55
60
Уровень значимости α (двухсторонняя критическая область)
0,1
0,05
0,02
0,01
6,3138
2,92
2,3534
2,1318
2,015
1,9432
1,8946
1,8595
1,8331
1,8125
1,7959
1,7823
1,7709
1,7613
1,7531
1,7459
1,7396
1,7341
1,7291
1,7247
1,7207
1,7171
1,7139
1,7109
1,7081
1,7056
1,7033
1,7011
1,6991
1,6973
1,6896
1,6839
1,6794
1,6759
1,673
1,6706
12,7062
4,3027
3,1824
2,7764
2,5706
2,4469
2,3646
2,306
2,2622
2,2281
2,201
2,1788
2,1604
2,1448
2,1314
2,1199
2,1098
2,1009
2,093
2,086
2,0796
2,0739
2,0687
2,0639
2,0595
2,0555
2,0518
2,0484
2,0452
2,0423
2,0301
2,0211
2,0141
2,0086
2,004
2,0003
31,8205
6,9646
4,5407
3,7469
3,3649
3,1427
2,998
2,8965
2,8214
2,7638
2,7181
2,681
2,6503
2,6245
2,6025
2,5835
2,5669
2,5524
2,5395
2,528
2,5176
2,5083
2,4999
2,4922
2,4851
2,4786
2,4727
2,4671
2,462
2,4573
2,4377
2,4233
2,4121
2,4033
2,3961
2,3901
63,6567
9,9248
5,8409
4,6041
4,0321
3,7074
3,4995
3,3554
3,2498
3,1693
3,1058
3,0545
3,0123
2,9768
2,9467
2,9208
2,8982
2,8784
2,8609
2,8453
2,8314
2,8188
2,8073
2,7969
2,7874
2,7787
2,7707
2,7633
2,7564
2,75
2,7238
2,7045
2,6896
2,6778
2,6682
2,6603
0,001
636,619
31,5991
12,924
8,6103
6,8688
5,9588
5,4079
5,0413
4,7809
4,5869
4,437
4,3178
4,2208
4,1405
4,0728
4,015
3,9651
3,9216
3,8834
3,8495
3,8193
3,7921
3,7676
3,7454
3,7251
3,7066
3,6896
3,6739
3,6594
3,646
3,5911
3,551
3,5203
3,496
3,4764
3,4602
155
Окончание таблицы П. 8.1
70
80
90
100
110
120
∞
1,6669
1,9944
2,3808
2,6479
3,435
1,6641
1,9901
2,3739
2,6387
3,4163
1,662
1,9867
2,3685
2,6316
3,4019
1,6602
1,984
2,3642
2,6259
3,3905
1,6588
1,9818
2,3607
2,6213
3,3812
1,6577
1,9799
2,3578
2,6174
3,3735
1,6448
1,96
2,3263
2,5758
3,2905
0,05
0,025
0,01
0,005
0,0005
Уровень значимости α (односторонняя критическая область)
156
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
157
Таблица П.9.1
Таблица значений t  t  , n 
Число степеней
свободы
n
Доверительные уровни 
0.95
0.99
0.999
1
12,71
63,66
-
2
4,30
9,92
31,60
3
3,18
5,84
12,94
4
2,78
4,60
8,61
5
2,57
4,03
6,86
6
2,45
3,71
5,96
7
2,36
3,50
5,40
8
2,31
3,56
5,04
9
2,26
3,25
4,78
10
2,23
3,17
4,59
15
2,13
2,95
4,07
20
2,09
2,84
3,85
25
2,06
2,79
3,72
30
2,04
2,76
3,66
40
2,02
2,70
3,55
50
2,01
2,68
3,50
60
2,00
2,66
3,46
70
1,99
2,65
3,43
80
1,99
2,64
3,42
90
1,99
2,63
3,40
100
1,98
2,62
3,39
120
1,98
2,62
3,37
∞
1,96
2,58
3,29
158
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
159
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
Таблица П10.1
Термины
1. Надежность
Е Dependability
2. Безотказность
E. Reliability
3. Долговечность
E. Longevity
4. Ремонтопригодность
E. Maintainability
Определения
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
Свойство объекта сохранять во времени в
установленных пределах значения всех
параметров, характеризующих способность
выполнять требуемые функции в заданных
режимах
и
условиях
применения,
технического
обслуживания,
ремонтов,
хранения и транспортирования.
Примечание.
Надежность является
сложным свойством, которое в зависимости от
назначения объекта и условий его применения
состоит из сочетаний свойств: безотказности,
долговечности,
ремонтопригодности
и
сохраняемости
Свойство объекта непрерывно сохранять
работоспособное
состояние
в
течение
некоторого времени или некоторой наработки
Свойство объекта сохранять работоспособное
состояние до наступления предельного
состояния при установленной системе
технического обслуживания и ремонта
Свойство объекта, заключающееся в
приспособленности к предупреждению и
обнаружению причин возникновения отказов,
повреждений
и
поддержанию
и
восстановлению работоспособного состояния
путем проведения технического обслуживания
и ремонтов
5. Сохраняемость
E. Storageability
Свойство объекта сохранять значения
показателей безотказности, долговечности и
ремонтопригодности в течение и после
хранения и (или) транспортирования
6. Исправное состояние
Исправность
E. State of operability
Состояние объекта, при котором он
соответствует всем требованиям нормативнотехнической
и
(или)
конструкторской
документации
7. Неисправное состояние
Неисправность
E. State of no operability
Состояние объекта, при котором он
не
соответствует хотя бы одному из требований
нормативно-технической
и
(или)
конструкторской документации
160
Термины
Определения
8. Работоспособное состояние
Работоспособность
E. State of serviceability
Состояние объекта, при котором значения
всех
параметров,
характеризующих
способность выполнять заданные функции,
соответствуют требованиям нормативнотехнической
и
(или)
конструкторской
документации
9. Неработоспособное состояние
Неработоспособность
E. State of no serviceability
Состояние объекта, при котором значение
хотя бы одного параметра, характеризующего
способность выполнять заданные функции, не
соответствует
требованиям
нормативнотехнической
и
(или)
конструкторской
документации
10. Предельное состояние
E. Marginal state
Состояние объекта, при котором его
дальнейшее применение по назначению
недопустимо или нецелесообразно, либо
восстановление
его
исправного
или
работоспособного состояния невозможно или
нецелесообразно
11. Критерий предельного
состояния
E. Marginal state criterion
Признак или совокупность признаков
предельного
состояния
объекта,
установленные в нормативно-технической и
(или) конструкторской документации
12. Дефект
E. Defect
По ГОСТ 15467—79
13. Повреждение
E. Damage
Событие, заключающееся в нарушении
исправного состояния объекта при сохранении
работоспособного состояния
14. Отказ
E. Failure
Событие, заключающееся в нарушении
работоспособного состояния объекта
15. Критерий отказа
E. Failure criterion
Признак или совокупность признаков
неработоспособного
состояния
объекта,
установленные в нормативно-технической и
(или) конструкторской документации
16. Техническое обслуживание
E. Maintenance
По ГОСТ 18322—78
17. Восстановление
работоспособного состояния
Восстановление
E. Restoration
18. Ремонт
E. Repair
По ГОСТ 18322—78
По ГОСТ 18322—78
161
Термины
Определения
19. Обслуживаемый объект
Объект,
для
которого
проведение
технических обслуживаний предусмотрено в
нормативно-технической
и
(или)
конструкторской документации
20. Необслуживаемый объект
Объект,
для
которого
проведение,
технических обслуживаний не предусмотрено
в
нормативно-технической
и
(или)
конструкторской документации
21. Восстанавливаемый объект
E. Restorable item
Объект, для которого в рассматриваемой
ситуации
проведение
восстановления
работоспособного состояния предусмотрено в
нормативно-технической
и
(или)
конструкторской документации
22. Невосстанавливаемый объект
E. No restorable item
Объект, для которого в рассматриваемой
ситуации
проведение
восстановления
работоспособного
состояния
не
предусмотрено в нормативно-технической и
(или) конструкторской документации
23. Ремонтируемый объект
E. Repairable item
Объект, для которого проведение ремонтов
предусмотрено в нормативно-технической и
(или) конструкторской документации
24. Неремонтируемый объект
E. No repairable item
Объект, для которого проведение ремонтов
не предусмотрено в нормативно-технической
и (или) конструкторской документации
25. Показатель надежности
E. Reliability index
Количественная характеристика одного или
нескольких
свойств,
составляющих
надежность объекта
26. Единичный показатель
надежности
E. Simple reliability index
Показатель надежности, характеризующий
одно из свойств, составляющих надежность
объекта
27. Комплексный показатель
надежности
E. Integrated reliability index
Показатель надежности, характеризующий
несколько свойств, составляющих надежность
объекта
28. Наработка
E. Operating time
Продолжительность
объекта
29. Наработка до отказа
E. Time to failure
Наработка
эксплуатации
отказа
или
объем
работы
объекта
от
начала
его
до возникновения первого
162
Термины
Определения
30. Наработка между отказами
E. Time between failures
Наработка
объекта
от
окончания
восстановления
его
работоспособного
состояния после отказа до возникновения
следующего отказа
31. Технический ресурс
Ресурс
Наработка
объекта
от
начала
его
эксплуатации или ее возобновления после
ремонта определенного вида до перехода в
предельное состояние
32. Срок службы
E. Lifetime
Календарная продолжительность от начала
эксплуатации объекта или ее возобновления
после ремонта определенного вида до
перехода в предельное состояние
33. Срок сохраняемости
E. Storageability time
Календарная продолжительность хранения
и (или) транспортирования объекта, в течение
и после которой сохраняются значения
показателей безотказности, долговечности и
ремонтопригодности
в
установленных
пределах.
Примечание.
Различают
сроки
сохраняемости: срок сохраняемости до ввода в
эксплуатацию и срок сохраняемости в период
эксплуатации
34. Время восстановления
Продолжительность
восстановления
работоспособного состояния объекта
работоспособного состояния
Время восстановления
E. Restoration time
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Показатели безотказности
35. Вероятность безотказной
Вероятность того, что в пределах заданной
наработки отказ объекта не возникнет.
работы
E. Survival probability
П р и м е ч а н и е к т е р м и н а м 35 - 40. Для
режимов хранения и (или) транспортирования
могут применяться аналогично определяемые
показатели
безотказности,
например,
вероятность
безотказного
хранения
(транспортирования), среднее время хранения
(транспортирования) до отказа, среднее время
хранения (транспортирования) на отказ
36. Средняя наработка до отказа
E. Mean time to failure
Математическое
ожидание
объекта до первого отказа
наработки
37. Гамма - процентная
наработка до отказа
E. -percentile time to failure
Наработка, в течение которой отказ объекта
не возникнет с вероятностью , выраженной в
процентах
163
Термины
Определения
38. Средняя наработка на отказ
Наработка на отказ
E. Mean time between failures
Отношение наработки восстанавливаемого
объекта к математическому ожиданию числа
его отказов в течение этой наработки
39. Интенсивность отказов
Ндп. Опасность отказов
E. Failure rate
Условная
плотность
вероятности
возникновения отказа невосстанавливаемого
объекта, определяемая для рассматриваемого
момента времени при условии, что до этого
момента отказ не возник
40. Параметр потока отказов
Ндп. Средняя частота отказов
Интенсивность потока отказов
Е. Failure rate
Отношение
среднего
числа
отказов
восстанавливаемого объекта за произвольно
малую его наработку к значению этой
наработки
Показатели долговечности
41. Средний ресурс
Математическое ожидание ресурса.
П р и м е ч а н и е к т е р м и н а м 41 - 46. В
терминах показателей долговечности следует
указывать вид действий после наступления
предельного состояния объекта (например,
средний ресурс до капитального ремонта;
гамма - процентный ресурс до среднего
ремонта и т. д.). Если предельное состояние
обусловливает окончательное снятие объекта
с эксплуатации, то показатели долговечности
называются: полный средний ресурс (срок
службы), полный гамма - процентный ресурс
(срок службы), полный назначенный ресурс
(срок службы). В полный срок службы входят
продолжительности всех видов ремонта
объекта
42. Гамма - процентный ресурс
Наработка, в течение которой объект не
достигнет предельного состояния с заданной
вероятностью , выраженной в процентах
43. Назначенный ресурс
Суммарная
наработка
объекта,
достижении
которой
применение
назначению должно быть прекращено
44. Средний срок службы
E. Mean lifetime
45. Гамма - процентный срок
службы
E.  - percentile lifetime
при
по
Математическое ожидание срока службы
Календарная продолжительность от начала
эксплуатации объекта, в течение которой он
не достигнет предельного состояния с
заданной вероятностью , выраженной в
процентах
164
Термины
46. Назначенный срок службы
E. Specified lifetime
Определения
Календарная
продолжительность
эксплуатации объекта, при достижении
которой применение по назначению должно
быть прекращено
Показатели ремонтопригодности
47. Вероятность восстановления
работоспособного состояния
Вероятность восстановления
E. Probability of preset-time
restoration
Вероятность
того,
что
время
восстановления работоспособного состояния
объекта не превысит заданного
48. Среднее время
Математическое
ожидание
времени
восстановления работоспособного состояния.
восстановления
П р и м е ч а н и е . Аналогично определяется
работоспособного состояния
Среднее время восстановления показатель
«Средняя
трудоемкость
E.. Restoration mean time
восстановления работоспособного состояния»
Показатели сохраняемости
49. Средний срок сохраняемости
E. Storageability mean time
Математическое
сохраняемости
ожидание
срока
50. Гамма - процентный срок
сохраняемости
E.  percentile storage ability time
Срок
сохраняемости,
достигаемый
объектом с заданной вероятностью ,
выраженной в процентах
Комплексные показатели надежности
51. Коэффициент готовности
Вероятность того, что объект окажется в
Ндп. Коэффициент
работоспособном состоянии в произвольный
эксплуатационной надежности
момент
времени,
кроме
планируемых
периодов, в течение которых применение
объекта по назначению не предусматривается
52. Коэффициент оперативной
готовности
Е. Availability factor
53. Коэффициент технического
использования
Е. Utilization factor
Вероятность того, что объект окажется в
работоспособном состоянии в произвольный
момент
времени,
кроме
планируемых
периодов, в течение которых применение
объекта по назначению не предусматривается,
и, начиная с этого момента, будет работать
безотказно в течение заданного интервала
времени
Отношение
математического
ожидания
интервалов времени пребывания объекта в
работоспособном состоянии за некоторый
период эксплуатации к сумме математических
ожиданий интервалов времени пребывания
объекта в работоспособном состоянии,
простоев,
обусловленных
техническим
обслуживанием, и ремонтов за тот же период
эксплуатации
165
Термины
54. Коэффициент планируемого
применения
55. Коэффициент сохранения
эффективности
Определения
Доля периода эксплуатации, в течение
которой объект не должен находиться на
плановом техническом обслуживании и
ремонте
Отношение
значения
показателя
эффективности
за
определенную
продолжительность
эксплуатации
к
номинальному значению этого показателя,
вычисленному при условии, что отказы
объекта в течение того же периода
эксплуатации не возникают
ОТКАЗЫ
56. Независимый отказ
E. Primary failure
Отказ объекта, не обусловленный отказом
другого объекта
57. Зависимый отказ
Е. Secondary failure
58. Внезапный отказ
E. Sudden failure
Отказ объекта, обусловленный отказом
другого объекта
Отказ, характеризующийся скачкообразным
изменением значений одного или нескольких
заданных параметров объекта
59. Постепенный отказ
E. Gradual failure
Отказ, характеризующийся постепенным
изменением значений одного или нескольких
заданных параметров объекта
60. Перемежающийся отказ
E. Intermittent failure
Многократно
возникающий
самоустраняющийся отказ объекта одного и
того же характера
61. Конструкционный отказ
E. Design-error failure
Отказ,
возникший
в
результате
несовершенства
или
нарушения
установленных правил и (или) норм
конструирования объекта
62. Производственный отказ
E. Manufacture error failure
Отказ,
возникший
в
результате
несовершенства
или
нарушения
установленного процесса изготовления или
ремонта
объекта,
выполнявшегося
на
ремонтном предприятии
63. Эксплуатационный отказ
E. Misuse failure
Отказ, возникший в результате нарушения
установленных правил и (или) условий
эксплуатации объекта
Явления, процессы, события и состояния,
обусловившие возникновение отказа объекта
Явления, процессы, события и состояния,
обусловленные
возникновением
отказа
объекта
64. Причина отказа
E. Failure cause
65. Последствия отказа
E. Failure effect
166
Термины
66. Резервирование
E. Redundancy
Определения
РЕЗЕРВИРОВАНИЕ
Применение дополнительных средств и
(или) возможностей с целью сохранения
работоспособного состояния объекта при
отказе одного или нескольких его элементов
67. Основной элемент
Элемент структуры объекта, необходимой
для выполнения объектом требуемых функций
при отсутствии отказов его элементов
68. Резервный элемент
E. Major element.
Элемент объекта, предназначенный для
выполнения функций основного элемента в
случае отказа последнего
69. Резервируемый элемент
E. Element under redundancy
Redundant element
Основной элемент, на случай отказа
которого в объекте предусмотрен резервный
элемент
70. Резерв
Ндп. Избыточность
E. Reserve
Совокупность дополнительных средств и
(или) возможностей, используемых для
резервирования
71. Нагруженный резерв
Ндп. Горячий резерв
E. Loaded reserve
Резерв, который содержит один или
несколько резервных элементов, находящихся
в режиме основного элемента
72. Облегченный резерв
Ндп. Теплый резерв
E. Reduced reserve
Резерв, который содержит один или
несколько резервных элементов, находящихся
в менее нагруженном режиме, чем основной
73. Ненагруженный резерв
Ндп. Холодный резерв
E. Unloaded reserve
Резерв, который содержит один или
несколько резервных элементов, находящихся
в ненагруженном
режиме до начала
выполнения ими функций основного элемента
74. Восстанавливаемый резерв
E. Restorable reserve
Резерв, который содержит один или
несколько
резервных
элементов,
работоспособность которых в случае их отказа
подлежит восстановлению при эксплуатации
75. Невосстанавливаемый резерв
E. No restorable reserve
Резерв, который содержит один или несколько
резервных элементов, работоспособность
которых в случае их отказов восстановлению
при эксплуатации не подлежит
76. Кратность резерва
Кратность
Е. Redundancy multiplicity
Отношение числа резервных элементов
объекта, к числу резервируемых ими
основных элементов объекта, выраженное
несокращенной дробью
167
Термины
Определения
77. Структурное резервирование
E. Structural redundancy
Резервирование с применением резервных
элементов структуры объекта
78. Временное резервирование
E. Temporary redundancy
Резервирование с применением резервов
времени
79. Информационное
резервирование
E. Information redundancy
Резервирование с применением резервов
информации
80. Функциональное
резервирование
E. Functional redundancy
Резервирование
с
функциональных резервов
применением
81. Нагрузочное резервирование
Резервирование
нагрузочных резервов
применением
82. Общее резервирование
E. Whole-system redundancy
Резервирование,
при
котором
резервируемым элементом является объект в
целом
83. Раздельное резервирование
E. Inherent redundancy
Резервирование,
при
резервируемыми
являются
элементы объекта или их группы
84. Постоянное резервирование
E. Constant redundancy
Резервирование без перестройки структуры
объекта при возникновении отказа его
элемента
85. Динамическое
резервирование
E. Dynamic redundancy
Резервирование с перестройкой структуры
объекта при возникновении отказа его
элемента
86. Резервирование замещением
E. Stand-by redundancy
Динамическое резервирование, при котором
функции основного элемента передаются
резервному только после отказа основного
элемента
87. Скользящее резервирование
Резервирование замещением, при котором
группа
основных
элементов
объекта
резервируется одним или несколькими
резервными элементами, каждый из которых
может заменить любой отказавший основной
элемент в данной группе
88. Смешанное резервирование
E. Combined redundancy
Сочетание
различных
видов
резервирования в одном и том же объекте
89. Дублирование
Е. Duplication
Резервирование
с
резервирования один к одному
с
котором
отдельные
кратностью
168