Разработан порядок проектного расчета безотказности локомотивов

Разработан порядок проектного расчета безотказности локомотивов

Кандидаты технических наук О.Н. НАЗАРОВ, заместитель начальника Департамента технической политики ОАО «РЖД»,
Ю.В. БАБКОВ, первый заместитель генерального директора — главный инженер АО «ВНИКТИ», Е.Е. БЕЛОВА, заведующая лабораторией АО «ВНИКТИ»

Нормирование показателей надежности локомотивов является обязательным процессом при их создании (разработке). В ходе его реализации осуществляется совместная достаточно сложная разнопрофильная деятельность различных предприятий, причастных тем или иным образом к локомотивам в течение их жизненного цикла. Реализация этого процесса, особенно начальной его процедуры, в решающей степени лежит в зоне ответственности разработчиков локомотивов. Тем не менее, итоговый результат процесса обоюдно важен как для потребителя создаваемых локомотивов, так я для их поставщиков, я особенно в условиях закупки локомотивов по контракту жизненного цикла.

В общем случае процесс нормирования показателей надежности включает несколько процедур. Начальной я ключевой из них должна быть процедура проектного расчета надежности локомотива, базирующаяся на нормативных значениях показателей надежности его комплектующего оборудования. Результаты этого расчета являются основополагающими при установлении в последующем согласованных итоговых нормативных значений показателей надежности локомотивов, оказывающих значительное влияние на стоимость владения ими.

В настоящее время, как и ранее, установление нормативных значений показателей надежности локомотивов осуществляется декларативным способом. Причина этого — отсутствие по разным причинам специализированного метода проектного расчета их надежности.

Установленные декларативным способом значения показателей надежности придают создаваемым локомотивам «внешнюю качественную привлекательность», но не отражают технически возможный уровень их надежности. Учитывая отмеченную выше важность результатов нормирования показателей надежности локомотивов для Компании, руководством Департамента технической политики ОАО «РЖД» в 2017 г. инициирована, а специалистами АО «ВНИКТИ» проведена я в 2018 г. завершена работа, направленная на создание современного метода проектного расчета безотказности локомотивов.

Локомотив — сложная техническая система, состоящая из множества элементов я реализующая более одной функции. Первые попытки выполнить проектный расчет безотказности грузового тепловоза 2ТЭ116 относятся к 80-м годам прошлого столетия. Этот расчет выполнен специалистами ВНИТИ я Ворошиловградского тепловозостроительного завода (в настоящее время это АО «ВНИКТИ» я ПАО «Лугансктепловоз») с использованием схемно-функционального (матричного) метода. Суть его заключается в идентификации всех несовместных событий для всех элементов локомотива, как некой целостной системы, с характеристикой их влияния на выполнение каждой ее установленной функция, что в целом позволяет оценить вероятность безотказной работы системы.

Расчету надежности посвящены многочисленные видеофильмы, как отечественного, так и зарубежного производства (ознакомиться с ними можно здесь http://film-mix.ru).

Очевидно, что чем сложнее рассматриваемая система, тем тяжелее идентифицировать все несовместные события я труднее математические вычисления. Это обуславливает необходимость использовать в проектном расчете безотказности таких систем средства вычислительной техники я специализированное программное обеспечение (ПО).
Лидерами зарубежных ПО для анализа надежности являются Isograph (Англия, США), ITEM iQRAS (Англия, США), RAM Commander (Израиль), Relex Rellabiilty Studio (США). Наиболее известное отечественное ПО: АРБИТР, АРСН ЭРИ-2002, АСОНИКА-К.

Базовым методом, реализуемым во всех упомянутых ПО, является структурный метод расчета надежности (ГОСТ 27.301 «Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения»). В частности, задача расчета безотказности реализуется в рамках логико-вероятностного моделирования, описывающего структуру сложных систем средствами аппарата алгебры логики я теории вероятностей.

Суть метода заключается в поэтапном конструировании логической функции работоспособности системы, преобразовании логической функции я получении вероятностной функции, позволяющей количественно оценить вероятность безотказной работы структурно-сложной системы. Отметим, что матричный метод, упомянутый ранее, не имеет принципиальных различий со стандартизированным структурным методом.

Учитывая востребованность проектных расчетов надежности при разработке электрорадиоизделий (ЭРИ) военного назначения, вышеперечисленное ПО разрабатывалось преимущественно для автоматизация расчета надежности таких изделий. Тем не менее, базовый метод позволяет без ограничений представить логико-вероятностную модель любого объекта, локомотива в частности, однако для таких изделий как локомотив это представление не такое простое, как для ЭРИ.

Конструкция локомотива, технически и функционально сложного объекта, в отличие от ЭРИ состоит из элементов различной физической природы (механических, электрических, пневматических, гидравлических). Его адекватное представление моделью наилучшим образом обеспечивается с помощью схем структурно-функциональной целостности, объединяющих в себе основные подходы к визуализации моделей, таких как блок-схема надежности я дерево отказов. Это в полной мере реализовано только в программном комплексе (ПК) АРБИТР.

Данный комплекс предназначен для автоматизированного моделирования и расчетов показателей надежности структурно-сложных систем. Отмеченные достоинства я обусловило выбор этого ПК в качестве инструмента метода проектного расчета безотказности локомотивов.

Использование ПК АРБИТР с более широкими визуализирующими я вычислительными возможностями по отношению к аналогам инициировало проведение инжиниринга и моделирования локомотива как структурно-сложного объекта. На основе анализа конструктивных, структурных и функциональных схем локомотива я деления локомотивного оборудования на элементы размерностью не более чем конструктивно-съемный блок или готовое изделие получена модель его безотказности. Она учитывает не только структурные, но и функциональные особенности локомотива. Модель получила название «Универсальная логико-вероятностная модель схемно-функциональной целостности (ЛВМ СФЦ) локомотива».

Ключевой особенностью этой модели является использование в ней результатов логического структурирования локомотива с учетом его функционирования по схеме, обеспечивающей его целостность как объекта с взаимосвязанными элементами, участвующими в реализации каждой выполняемой им функции. Такое схемно-функциональное представление локомотива, абсолютно не похожее на его структурную яля функциональную схему, позволяет учитывать влияние элементов оборудования различных по назначению я характеру выполняемой ими работы, а также специфику этой работы.

ЛВМ СФЦ локомотива оптимизирована по количеству структурных элементов для адекватного расчета безотказности локомотива и позволяет вписать в нее локомотив любого типа. Эта модель обладает свойством открытости, что позволяет ее расширять в зависимости от решаемой задачи.

Использование в разработанном ОАО «РЖД» порядке проектного расчета безотказности локомотивов ЛВМ СФЦ и ПК АРБИТР выгодно отличает этот порядок от известных неспециализированных для локомотивной техники методов расчета с использованием ПК, например, RAM Commander.

Апробация разработанного метода осуществлена на примере тепловоза ТЭП70БС, при которой главным образом преследовалась цель проверки принципов и правильности построения универсальной ЛВМ СФЦ локомотива. Результаты проведенной АО «ВНИКТИ» работы по созданию универсальной ЛВМ СФЦ локомотива, как основы метода проектного расчета безотказности локомотивов, обсуждались на совместном заседании Ученого совета АО «ВНИИЖТ» и Научно-технического совета АО «ВНИКТИ» в августе 2018 г. На нем

отмечена актуальность и важность работы, ее практическая значимость для ОАО «РЖД».

В настоящее время специалисты АО «ВНИКТИ» продолжают ранее начатую апробацию этого метода. По результатам работы будет получена ЛВМ СФЦ тепловоза ТЭП70БС, конкретизирующая ранее разработанную универсальную ЛВМ СФЦ локомотива, и спрогнозировано расчетное значение показателя безотказности этого тепловоза. По ее завершению будут опубликованы конечные результаты.

В заключение необходимо отметить, что в ОАО «РЖД» в конце 2018 г. утверждены технические требования к магистральным грузовым электровозам и автономным локомотивам для Восточного полигона. Универсальная ЛВМ СФЦ и порядок проектного расчета безотказности на ее основе представляют собой основной инструмент для прогнозирования безотказности локомотивов и демонстрации выполнения этих требований в части надежности.