Комплексный показатель обеспечения надежности лесовозных автотранспортных средств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научный журнал КубГАУ, №78(04), 2012 год

Комплексный показатель обеспечения надежности лесовозных автотранспортных средств

Белокуров Владимир Петрович

Эксплуатация лесовозных автотранспортных средств (АТС) предполагает выполнение задания по перевозке определенного количества лесоматериалов за планируемое время Т_пл при определенных значениях показателей эффективности лесовозных АТС, работающих, как правило, в условиях изменяющегося потока заданий, что связано с изменениями в условиях эксплуатации. Многовариантность решения задач затрудняет их представление в виде последовательно-параллельных детерминированных схем при расчете надежности.

В связи с этим представляется целесообразным характеризовать надежность лесовозных АТС, которая отражала бы как техническое состояние лесовозного автотранспорта, так и техническое состояние его компонентов. Поэтому, надежность лесовозного АТС как системная категория должна оцениваться комплексными показателями, которые в той или иной мере характеризуют эффективность функционирования лесовозного АТС во времени. Так как комплекс обеспечения надежности является подсистемой сложной технической системы лесовозного автотранспорта, то введем частные и основные показатели надежности.

Результаты анализа показывают, что в качестве таких частных показателей надежности целесообразно использовать совокупность следующих показателей [1]:

- вероятность безотказного функционирования системы Р_Т(t);

- наработка на отказ Т₁ до первого отказа;

- коэффициент технического использования К_Т.И..

При рассмотрении вероятности Р_Т(t) целесообразно выделить вероятность безотказного функционирования лесовозного АТС до первого отказа системы и вероятность безотказного функционирования лесовозного автотранспорта в пределах межремонтного периода. Важным параметром, характеризующим основной критерий эффективности комплексов обеспечения надёжности лесовозного АТС, является показатель эффективности, который, в свою очередь, зависит от упомянутых выше частных показателей надёжности. В связи с этим, далее рассмотрен показатель эффективности W(t) автотранспортных средств и его составляющие.

В общем виде показатель эффективности W(t) записывается в форме интегрального результата функционирования лесовозного АТС в течение некоторого расчетного планируемого времени Т_пл или времени фактической эксплуатации Т_ЭК. Показатель W(t) является функцией комплексных показателей надежности лесовозных АТС и записывается в самом общем виде в форме

W(t) = F( V(t), P_T1(t), P_H(t), K_Т.И., Т_ЭК, Н), (1)

где: V(t) - интенсивность эксплуатационного процесса лесовозного автотранспортного средства;

P_T1(t) - вероятность безотказного функционирования системы за время наработки до первого отказа Т₁;

P_H(t) - вероятность безотказного функционирования системы в пределах межремонтного периода;

K_Т.И - коэффициент технического использования лесовозного автотранспортного средства;

Т_ЭК - время эксплуатации системы;

Н - показатель (коэффициент), который характеризует комплексное влияние других факторов на эффективность эксплуатации лесовозного автотранспорта (в данном случае влиянием показателя H пренебрегаем и в расчетах принимаем Н=1).

Содержание вероятности безотказного функционирования лесовозного АТС P_T1(t) состоит в безотказной работе лесовозного автотранспортного средства за период времени [0, T₁]. В пределах любого межремонтного периода вероятность P_H(t) монотонно убывает, так как вероятность отказа системы возрастает во времени. В результате проведения очередного ремонта вероятность Р_н(t) повышается по сравнению с тем значением, которое она имела накануне ремонта. Поэтому на протяжении срока эксплуатации лесовозного АТС вероятность Рн(t) имеет дискретно-непрерывный характер. В свою очередь, оперативное и своевременное применение мероприятий по повышению надежности лесовозного АТС позволяет обеспечить высокие значения вероятности Рн(t) и ее относительную стабильность во времени. С учетом изложенного показатель эффективности W(t) функционирования лесовозного АТС можем записать в виде:

, (2)

где

- интенсивность эксплуатации лесовозного АТС при безотказной работе за период времени Т₁;

- интенсивность функционирования лесовозного АТС в пределах i-го межремонтного периода;

- коэффициент технического использования лесовозного автотранспортного средства в пределах i-го межремонтного периода;

- вероятность безотказного эксплуатации лесовозного АТС в пределах i-го межремонтного периода.

Произведение - характеризует функцию или коэффициент готовности лесовозного автотранспортного средства в любой момент i-го межремонтного периода. Если принять допущение, что интенсивность эксплуатации лесовозного автотранспортного средства после проведения ремонтно-восстановительных работ не ухудшается и остается постоянной, т.е. , то выражение (2) запишется в виде

, (3)

а так же принять допущение, что для любого межремонтного периода Тi вероятности и одинаковы, т.е. = = и ==, , то последнее выражение (3) примет следующий вид

. (4)

В зависимости (3) выражение в скобках обозначим через А(t)

, (5)

которые будем называть обобщенным показателем надежности лесовозных АТС. Частным случаем обобщенного показателя надежности является выражение в скобках аналитической зависимости (4), то есть

. (6)

Физический смысл обобщенного показателя надежности, как следует из формул (5, 6), состоит в математическом ожидании времени нахождения лесовозного АТС в непрерывном работоспособном состоянии за период эксплуатации. Таким образом, обобщенный показатель надежности позволяет с системных позиций оценить общую надежность лесовозного АТС как форму ее устойчивого функционирования на протяжении всего времени эксплуатации. Он объединяет в себе основные комплексные показатели надежности лесовозного АТС: вероятность безотказной работы АТС до первого отказа; вероятности безотказной работы АТС в промежутках между восстановлениями; наработка до первого отказа; вероятности восстановления лесовозного АТС; время эксплуатации лесовозного АТС; коэффициент технического использования или коэффициент готовности лесовозного АТС.

Из содержания обобщённого показателя надёжности лесовозного АТС видно, что он является весьма конструктивным инструментом анализа надежности лесовозных АТС как целостных объектов и определяет направления и пути обеспечения устойчивого непрерывного функционирования лесовозных автотранспортных средств.

В целях удобства дальнейшего использования обобщённого показателя надёжности АТС вводятся следующие обозначения показателей надёжности для расчётного и исходного (существующего) вариантов соответственно.

; ; ; и ; ; ; (7)

С учетом последних обозначений обобщенный показатель надежности А(t) запишется в виде:

- для расчетного варианта комплекса обеспечения надежности АТС:

А^Р(t)= + (8)

- для исходного варианта комплекса обеспечения надежности:

А⁰(t)= +. (9)

Для частного случая, определяемого выражением (6) зависимости (8) и (9) запишутся в виде:

А^р(t)= + (10)

и

А⁰(t)= +. (11)

Отсюда следует, что относительное приращение показателя эффективности лесовозного АТС, которое дает расчетный вариант комплекса обеспечения надежности, будет равно:

(12)

При выполнении расчетов эффективности комплексов обеспечения надежности лесовозных АТС необходимо заранее условиться, о какой интенсивности эксплуатации лесовозного АТС идет речь. В этом случае интенсивность может быть необходимой при данных внешних условиях, и располагаемой, то есть предельно возможной для полностью работоспособной и непрерывно загруженной системы. Чтобы иметь возможность сравнивать результаты расчетных оценок, представляется целесообразной располагаемая интенсивность эксплуатации лесовозного АТС. Поэтому в формуле (12) принимается, что

===const.

В этом случае выражение (12) примет вид

(13)

Аналогично показателю эффективности (12) введем понятие «относительное приращение затрат на создание и внедрение расчётного варианта комплекса обеспечения надежности»:

(14)

где С^о и С^р - затраты на создание и эксплуатацию лесовозных АТС с исходным комплексом надежности и расчетным (предлагаемым) вариантом соответственно.

Результаты анализа позволяют установить связь между объёмом затрат ресурсов на создание АТС и эффективностью достижения поставленных при этом целей. В этом случае различные варианты подсистем АТС выступают в качестве альтернативных способов использования ресурсов.

Представление основного критерия оптимальности в форме затраты - эффективность, в том числе с учетом эффективности отдельных подсистем и определение по нему оптимальных характеристик подсистем требуют каждый раз выполнения довольно сложной процедуры установления области принятия эффективных решений и осуществления после этого выбора той или иной подсистемы из альтернативных вариантов на основании соответствующих логических и вычислительных процедур. В связи с этим необходимым является получение для основного критерия аналитической функции, которая должна зависеть только от относительного приращения показателя эффективности подсистемы и относительного приращения соответствующих затрат . Так, как в задачах выбора оптимальных параметров комплекса обеспечения надёжности АТС стремятся к увеличению и к уменьшению , то представляется целесообразным выбрать в качестве основного критерия комплексов обеспечения надёжности функцию, определяемую в виде [2]

Э_ос ==. (15)

В границах рассматриваемой задачи отношение принимается постоянной величиной, которая обозначается коэффициентом К_cw = . Тогда выражение для основного критерия эффективности комплексов обеспечения надёжности АТС запишется в виде

Эос = . (16)

Выполненные исследования возможных зависимостей типа (16) применительно к задачам АТС и их подсистем показывают, что функция (16) должна иметь нелинейный характер, принимать значения в некоторой ограниченной области (в расчетах было принято - (0, 1)), и должна отвечать следующим требованиям:

- возрастать при увеличении относительного приращения показателя эффективности при фиксированных значениях относительного приращения стоимости или при возрастании относительного приращения показателя эффективности с большим градиентом по сравнению с возрастанием относительного приращения стоимости, стремясь к единице;

- принимать значения, близкие к нулю, при очень низких значениях относительного приращения показателя эффективности для постоянных значений относительного приращения стоимости или когда относительное приращение стоимости принимает высокие значения для постоянных значений относительного приращения показателя эффективности;

- характер изменения функции в пределах (0, 1) должен соответствовать соотношению градиентов относительных приращений показателя эффективности и стоимости.

Выполненный анализ показывает, что перечисленными свойствами обладает класс функций, определяемых выражением [3]:

Э_ос=1-ехр(-х), (17)

где - некоторый постоянный вектор.

Из выражений (15 - 17) следует, что в качестве основного критерия эффективности комплекса обеспечения надёжности АТС целесообразно выбрать аналитическую функцию - функцию эффективности вида

Э_ос=1-ехр=1-ехр (18)

В результате использования значений формул (13) и (14) в формуле (18) получим следующее выражение для основного критерия эффективности комплексов обеспечения надежности лесовозных АТС:

(19)

После подстановки выражений (8, 9) и (14) соответственно для расчетного и исходного вариантов комплексов обеспечения надежности лесовозных АТС в формулу (19) получим

лесовозный автотранспортный надежность эксплуатация

 (20)

Выражение (20) для частного случая, когда выражение определяется зависимостью (13), запишется в следующем виде:

(21)

Выражения (20) и (21) представляют собой обобщённый (комплексный) показатель эффективности комплексов обеспечения надежности АТС. Они являются функциями от основных показателей надежности лесовозных АТС и могут быть использованы при сравнительной оценке эффективности различных вариантов комплексов обеспечения надежности АТС, при обосновании рационального распределения ресурсов на обеспечение надежности в период эксплуатации АТС. Выражения (20) и (21) связывают между собой эффективность функционирования лесовозных АТС с показателями надежности с экономических позиций.

Список использованной литературы

1. Кучув К.А. Конструкторско-технологическое обеспечение надёжности автотранспортных средств как сложных технических систем / К.А. Кучув // Сб. научных трудов, выпуск VIII / Институт «Юждаг» - Дербент, 2008. - С. 161-164.

2. Кучув К.А., Системные особенности решения проблемы оценки эффективности комплексов обеспечения надёжности автотранспортных средств / К.А. Кучув, Г.С. Гамидов, Н.К. Санаев // Проблемы управления качеством в машиностроении (ВНПК-1). Сб. статей Всероссийской научно-практической конференции / Махачкала, 2007.- С. 207-209.

3. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. - М.: Наука, 1996. - 544 с

Размещено на Allbest.ru