УДК 625.12.033.38

 

Касимов Бауыржан Рахмедиевич, к.т.н. декан факультета «Транспортная техника, строительство и автоматика» Казахского университета путей сообщения (Алматы, Республика Казахстан)

 

ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

 

При разработке новых устройств и элементов в технической документации указываются их основные показатели безопасности. Вид показателей зависит от характера работы системы, её структурных свойств и от того, является ли система восстанавливаемой или невосстанавливаемой. Используются количественные и качественные показатели безопасности [1].

Количественные показатели характеризуют безопасность непосредственно с помощью некоторых числовых величин. Качественные показатели дают косвенную оценку безопасности.

Количественные показатели безопасности делятся на детерминированные и вероятностные. Детерминированные показатели обычно выражаются физическими величинами или отношением этих величин.

Например, безопасность многоканальной резервированной аппаратуры может оцениваться числом каналов, отказы которых приводят к опасным ситуациям. К детерминированным относятся показатели, оценивающие работу предприятий железнодорожного транспорта (абсолютное количество крушений, аварий, случаев брака и отношение этих случаев к технической оснащенности). Причем эти показатели могут рассчитываться относительно времени или объема работ. Детерминированным показателям присущ ряд недостатков. Эти показатели не отражают вероятностную природу процессов эксплуатации и обслуживания систем, имеют обычно ограниченную область применения и носят частный характер. Они не могут быть определены «а рrоri» аналитическими методами при разработке систем.

Наиболее адекватно оценивают безопасность вероятностные количественные показатели, которые определены в ОСТ 32.17-92. Они имеют общий характер (применяются для любых систем, элементов и устройств) и могут определяться экспериментально, расчетным путем или с помощью моделирования. В таблице 1 приведены основные вероятностные показатели.

 

Таблица 1 – Основные вероятностные показатели

 

Обозначение

Название показателя

Ps(t)

Вероятность безопасной работы

Qon(t)

Вероятность опасного отказа

lоп(t)

Интенсивность опасных отказов

Топ

Средняя наработка до опасного отказа

won(t)

Параметр потока опасных отказов

ТБср

Средняя наработка на опасный отказ

Кb

Коэффициент безопасности

 

Наработка до опасного отказа – наработка невосстанавливаемой системы от начала её эксплуатации до возникновения первого опасного отказа.

Средняя наработка до опасного отказа Топ ~ математическое ожидание наработки невосстанавливаемой системы до первого опасного отказа.

Вероятность безопасной работы PБ(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки t опасный отказ системы не возникает. При этом предполагается, что в начальный момент интервала времени t система находится в исправном или работоспособном состоянии, но не находится в защитном состоянии. Это предположение естественно, и не имеет смысла оценивать безопасность системы, которая в начальный момент времени неработоспособна. Данный показатель определяется по формуле:

 

PБ(t) = l – Fоп(t),                                                                                 (1)

 

где Fon(t) – функция распределения наработки до опасного отказа. Вероятность опасного отказа Qon(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки опасный отказ наступает хотя бы один раз:

 

Qon(t) = Fоп(t) = 1 – PБ(t).                                                                    (2)

 

Величины PБ(t) и Qon(t) оценивают безопасность невосстанавливаемой системы до возникновения первого опасного отказа. При этом считается, что защитных отказов не было, поскольку при возникновении защитного отказа система больше не используется по назначению. Так как опасные отказы редки, то показатели PБ(t) и Qon(t) удобно использовать и для оценки безопасности восстанавливаемых систем. В этом случае величины PБ(t) и Qon(t) есть соответственно нижняя и верхняя оценки для соответствующих показателей восстанавливаемых систем. При возникновении защитных отказов и последующем восстановлении системы надежность ее (следовательно, и безопасность) в идеальном случае полностью восстанавливается.

Интенсивность опасных отказов lоп(t) – условная плотность вероятности возникновения опасного отказа невосстанавливаемой системы, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

Рассмотрим вероятностный смысл интенсивности опасных отказов (рисунок 1.

 

 

 

 

 

 

 а).

а)

 

б)

 

Рисунок 1 – Схемы расчета lоп(t)

Пусть система проработала безотказно в течение времени t, т. е. не имела ни опасных, ни защитных отказов. Тогда:

 

                                                                                   (3)

 

где dz(t) – условная вероятность опасного отказа системы за время dt в предположении, что система проработала безотказно за период времени (0, t).

 

Если известна функция распределения Foп(t) и её плотность распределения fon(t), то:

 

                                                                                   (4)

 

Интенсивность опасных отказов – основная характеристика безопасности, с помощью которой рассчитывают остальные показатели. Статистически величину lоп(t) определяют в результате испытаний по формуле (3):

                                                                                  (5)

 

где n(Dt) – число образцов системы, имевших опасный отказ за интервал времени Dt;

Ncp – среднее число работоспособных образцов системы, не имевших опасных отказов в интервале Dt (при условии, что образцы системы, которые имели защитный отказ, немедленно заменялись новыми).

Значение:

 

 

где Ni – число работоспособных образцов системы в момент времени t – Dt/2;

Ni+1 – число работоспособных образцов системы, не имевших опасных отказов к моменту времени t + Dt/2.

Поскольку опасные отказы редки, то статистические эксперименты для определения величины lоп(t) необходимо проводить длительно, что практически невозможно. Реально в формуле (5) используют результаты наблюдений в процессе длительной эксплуатации системы. Поэтому достаточным условием для вычислений по формуле (5) является то, что образцы системы, которые имели защитный отказ в интервале времени Dt, заменялись новыми, что и происходит при эксплуатации. Это условие в экспериментах, не связанных с эксплуатацией, можно было бы не ставить. Поэтому формула (4) дает верхнюю оценку величины lоп(t).

Безопасность восстанавливаемых систем характеризует параметр потока опасных отказов won(t) – отношение математического ожидания числа опасных отказов восстанавливаемой системы за произвольно малую ее наработку к значению этой наработки. Статистически этот показатель определяют по результатам испытаний или эксплуатации по формуле (рисунок 2):

,                                                                                 (6)

 

где N0 – число образцов системы, поставленных на испытание в момент времени t – Dt/2;

n(Dt) – число образцов системы, имевших опасный отказ в интервале времени Dt при условии, что образцы системы, которые имели опасный или защитный отказ, немедленно заменялись новыми (таким образом, в течение всего интервала времени Dt работает N0 образцов системы).

 

 

Рисунок 2 – Схема расчета won(t)

 

Средняя наработка на опасный отказ ТБср – отношение суммарной наработки восстанавливаемой системы к математическому ожиданию числа опасных отказов в течение этой наработки.

Коэффициент безопасности КБ – вероятность того, что система окажется в работоспособном или защитном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается.

Этот коэффициент является комплексным показателем безопасности системы, который учитывает ее безотказность, безопасность и ремонтопригодность. При работе восстанавливаемой системы наблюдается поток событий, состоящий из защитных (1), опасных (2) отказов и моментов восстановления (3). Время работы системы складывается из интервалов времени безотказной работы (3–1), интервалов времени восстановления после защитных отказов (1–3) и интервалов времени восстановления после опасных отказов (2–3). На рисунке 3 заштрихованные области соответствуют времени, когда система не имеет опасных отказов.

Величина КБ – вероятность того, что произвольно выбранный момент времени находится в заштрихованной области:

,                                                                                 (6)

 

где Твср – среднее время восстановления.

Кроме перечисленных основных вероятностных показателей с различными функциями возможно применение некоторых модификаций стандартизированных показателей. Примером таких модификаций могут служить следующие вероятности: безопасной работы за поездку (рейс); сохранения безопасного интервала между поездами; опасного искажения ответственной команды в телемеханическом канале связи и другие (ОСТ 38.12-92. Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Выбор и общие правила нормирования показателей безопасности).

 

 

Рисунок 3 – Вероятностное представление КБ

 

Кроме перечисленных основных вероятностных показателей с различными функциями возможно применение некоторых модификаций стандартизированных показателей. Примером таких модификаций могут служить следующие вероятности: безопасной работы за поездку (рейс); сохранения безопасного интервала между поездами; опасного искажения ответственной команды в телемеханическом канале связи и другие (ОСТ 38.12-92. Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Выбор и общие правила нормирования показателей безопасности).

 

Выводы

Проблемы обеспечения требуемого уровня безопасности при современном состоянии хозяйств АО «НК «КТЖ»:

–                       отсутствие полноты и достоверности первичной информации о фактических уровнях безопасности перевозок, функционирования технических средств и персонала;

–                       недостаточная достоверность обнаружения дефектов техническими средствами, отклонений их параметров от номинальных значений на недопустимые по условиям безопасности величины;

–                       отсутствие контроля качества и своевременности исполнения персоналом технологических операций по текущему содержанию и ремонту технических средств, по управлению движением поездов;

–                       недостаточная оперативность управления безопасностью, прогноза возможных переходов движения в опасные состояния и принятия превентивных мер их предупреждения.

Факторы, влияющие на безопасность движения, а также перспективы организации высокоскоростного и тяжеловесного движения требуют тщательного подхода к разработке соответствующей нормативной базы.

Рассматриваемая стратегия предусматривает гармонизацию с международными, прежде всего, европейскими стандартами в области функциональной безопасности. Контроль уровня безопасности невозможен без использования современных информационных технологий. Она в максимальной степени ориентируется на действующие информационные системы, позволяющие при соответствующем их развитии создать систему оперативного контроля уровня безопасности движения в компании.

Понятие комплексных показателей должно являться важнейшим, поскольку сама организация перевозочного процесса на железнодорожном транспорте – это комплексный процесс и разумеется, его характеристики должны определяться комплексными показателями. Среди множества комплексных показателей, для обеспечения оперативного реагирования и выработки конкретных мероприятий межхозяйственного взаимодействия, предлагается установить сокращенный набор показателей в виде: вероятностной безотказной работы технических средств, коэффициента готовности, а также наработки на отказ.

Коэффициент безопасности КБ – вероятность того, что система окажется в работоспособном или защитном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается. Этот коэффициент является комплексным показателем безопасности системы, который учитывает ее безотказность, безопасность и ремонтопригодность.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.     Вериго М.Ф. Динамические модели устойчивости бесстыкового пути // Железные дороги мира. – 1994. – № 10. – С. 3–9.

 

 

 

 

 

 

 

Сведения об авторе:

Касимов Бауыржан Рахмедиевич, к.т.н. декан факультета «Транспортная техника, строительство и автоматика» Казахского университета путей сообщения (Алматы, Республика Казахстан)

Технические науки, Транспорт

32 статьи в изданиях Казахстана, России, Киргизии, Узбекистана

Изобретений нет

050063, г. Алматы, мкр. «Жетiсу-1», 32А, Гузееву М.Н.

тел.   8-(727) – 376-74-78

факс 8-(727) – 376-74-81