Оптимизация контроля и технического обслуживания изделий технологической радиосвязи

Система управления технологическими процессами занимает особое место в сложном и многообразном комплексе работ любой отрасли хозяйства. Эффективность системы управления во многом зависит от работы одного из основных звеньев — средств связи с объектами. Использование средств связи с объектами в различных технологических процессах в первую очередь уменьшает время доставки информации от управляющего объекта до управляемого и в обратном направлении. Это в свою очередь влияет на сокращение времени выполнения операций, на возможность проведения подготовительных операций и в конечном счете на изменение самого технологического процесса.

Технологическая радиосвязь используется везде, где существует технологический процесс, а это относится ко всем отраслям промышленности: нефтяной и газовой, машиностроению и металлургии, железнодорожному и морскому транспорту, авиации, а также различным службам /1−5/. Сложившееся ныне в экономике страны положение требует совершенствования работы отраслей, проведения необходимых структурных преобразований, направленных на повышение эффективности и экономию ресурсов, которые должны осуществляться за счет ресурсосбережения и совершенствования технологических процессов /6,7/.

Связь, являясь частью инфраструктуры любой отрасли, обеспечивает ее жизнедеятельность. Связь составляет техническую основу системы управления всеми технологическими процессами в каждой отрасли — эксплуатационной работой хозяйств, персоналом, социальной сферой и т. д. Эффективность системы управления отраслевым хозяйством в значительной мере определяется информационными возможностями системы связи. Степень развития связи во многом определяет состояние экономики страны и производительность труда. Качественные и количественные характеристики связи существенно влияют на экономические показатели работы отрасли /4, 5, 8/. Связь пронизывает каждую отрасль на всех уровнях. Услугами связи пользуются все работники в каждой отрасли.

Эффективность работы изделий технологической радиосвязи зависит не только от свойств, заложенных в них на этапах разработки, изготовления и сдачи в эксплуатацию, но и от способов и качества их обслуживания. Если обслуживание свести только к ликвидации аварийных отказов и исключить мероприятия предупредительного характера, то показатели надежности таких изделий окажутся весьма низкими.

Поэтому обеспечение высоких эксплуатационных показателей изделий технологической радиосвязи является комплексной проблемой разработки аппаратуры контроля и поиска неисправностей, разработки методов тестовой проверки, резервирования их работы, решения проблемы оптимального снабжения запасными частями, выбора объемов и сроков проведения профилактических мероприятий. Выбор сроков проведения профилактических мероприятий является одним из основополагающих вопросов при организации процесса контроля и техобслуживания. Значение правильного решения этого вопроса в последнее время существенно возросло по ряду причин. Главными из них являются сокращение сроков ввода новых систем в эксплуатацию, применение новых современных высоконадежных элементов и быстрое моральное старение аппаратуры.

Своевременный контроль и техническое обслуживание (ТО) изделий технологической радиосвязи предотвращают отказы и повышают эффективность их использования. Наоборот, преждевременные или с опозданием контроль и ТО таких изделий уменьшают надежностные характеристики и снижают эффективность их использования. В силу этого правильное определение периодичности контроля и ТО по отдельным параметрам является одной из главных задач эксплуатации изделий технологической радиосвязи.

В последние годы изменились условия функционирования отраслей нефтяной и газовой промышленности, машиностроения, металлургии, железнодорожного транспорта и других, связанные с проведением рыночных экономических реформ в России. В новых условиях усилились роль и значение перечисленных отраслей /9−12/. Для обеспечения устойчивой работы, достижения максимальной прибыли и обеспечения высокой конкурентоспособности в отмеченных областях были разработаны программы информатизации. Главной целью информатизации является повсеместное обеспечение информацией всех технологических процессов и сфер деятельности отраслей, создание информационной основы для достижения максимальной эффективности в сложившихся условиях /9−12/.

Информатизация технологических процессов и структур осуществляется через информационные технологии. Информационным технологиям инфраструктуры отраслей, в состав которой входят изделия технологической радиосвязи, отводится важная роль в управлении эксплуатационной работой и обеспечении безопасности технологических процессов. Информационные технологии должны стать основой для реализации стратегии обслуживания технических систем и устройств по их фактическому состоянию. Для этого необходимо вести анализ диагностической информации, учет выработки ресурса важнейшими техническими системами и устройствами и определять время проведения необходимых регламентных и ремонтных работ, а также вести учет повреждений и отказов и анализировать статистику отказов по важнейшим видам устройств /1II.

Основу информационных технологий составляют аппаратные средства, банки знаний, банки данных, математическое и программное обеспечение, позволяющее обрабатывать полученную информацию.

Применение информационных технологий невозможно без использования современной компьютерной техники 12, 13−15/. Решения большинства задач информатизации, направленные на совершенствование процессов контроля и обслуживания, ремонта, ресурсосбережения, анализа диагностической информации и других возможны при применении математических моделей реальных процессов различной сложности.

Сложность моделей определяется глубиной исследуемых процессов и возможностью формирования адекватных процессам баз данных. Например, при решении вопросов рациональной организации контроля и технического обслуживания необходимо учитывать условия эксплуатации изделий, влияние ошибок измерительной аппаратуры, временные параметры проверки аппаратуры и устранения отказов, законы распределения времени наработки на отказ и т. п. Нужны обоснованные критерии оценки процессов и действий обслуживающего персонала.

При внедрении новых информационных технологий особое место отводится моделированию. Важное условие успешного создания крупной информационной системы — концепция моделирования. Создание информационной системы в различных отраслях представляется как процесс формирования и развития систем взаимосвязанных и согласованных моделей, начиная с системы моделей организации работ и организационной структуры отрасли и заканчивая работающей информационной системой /9, 10, 16/. Описание всех исследуемых и проектируемых объектов через модели обеспечивает простую и быструю процедуру декомпозиции и интеграции информационной системы, что позволяет вести ее согласованную разработку по частям и сборку частей в единое целое.

Применение моделирования позволяет оценить эффективность проектных решений до их реализации и оперативно вносить изменения в процессе как разработки информационной системы, так и сопровождения функционирующих комплексов информационных технологий и отдельных приложений. Возможность постепенного наращивания моделируемого полигона, увеличения количества выдаваемых показателей позволяют решить проблему размерности при описании деятельности отрасли. Модельный подход гарантирует более качественное формирование требований к информационным системам на стадиях как системного, так и технического и рабочего проектирования. Все это вместе взятое существенно сокращает затраты на разработку и сопровождение системы.

Экспертные оценки показали, что моделирование — весьма эффективный с экономической точки зрения метод разработки систем управления в нефтяной и газовой промышленности, машиностроении, металлургии, на железнодорожном транспорте /9, 10, 16, 17/. Затраты на моделирование на порядок меньше тех потерь, которые несет отрасль в результате проведения «натурного» эксперимента. В связи с этим моделирование необходимо рассматривать в качестве составного элемента процесса информатизации, а сами модели — как необходимый первоначальный результат разработки информационной системы отрасли.

При моделировании стремятся к тому, чтобы модель достаточно хорошо отображала исследуемую сторону функционирования объекта. В зависимости от требований к моделям определяются область применения и решаемые с их помощью задачи. Как свидетельствует практика, наибольшей популярностью пользуются математические модели /18−24/. Математические модели процессов контроля и ТО — это отражение существенных черт исследуемых процессов при помощи математических функций и функционалов. Такие модели являются средством, увеличивающим возможности технического персонала в познании реального процесса обслуживания. С помощью математических моделей можно определять периодичность контроля и ТО изделий технологической радиосвязи.

Математические модели процесса контроля и ТО моделируют поведение систем на самом сложном этапе их жизненного цикла — этапе эксплуатации. В связи с этим к моделям предъявляются высокие требования. Важным требованием к моделям процесса контроля и ТО является системность в их построении. Модель должна моделировать функционирование не только исследуемой системы, но и системы ее обслуживания. К системе обслуживания относятся системы индикации отказов, аппаратура контроля, условия окружающей среды, режимы работы элементов, законы их старения и т. п.

Математическая модель процесса контроля и ТО должна моделировать поведение исследуемого объекта с достаточной точностью. В этом случае говорят об идентификации процесса моделью. Проведенные исследования показали, что более точная модель сложнее /18, 20, 22−25/. Важнейшими свойствами модели являются простота и понятность пользователю принципов ее функционирования и вытекающие отсюда требования удобства в управлении и обращении. Нельзя оправдать разработку даже самой хорошей модели, если ее не может использовать потребитель.

В настоящее время во многих отраслях эксплуатируются изделия технологической радиосвязи, которые морально и физически устарели /1, 4, 5/. Постепенно происходит замена устаревших изделий на новые. В большинстве случаев устаревшие изделия заменяют импортными, но не исключена возможность замены на отечественные изделия технологической радиосвязи четвертого поколения, как это сделано на железнодорожном транспорте /4, 5/. При таком положении дел необходимо обслуживать как устаревшие, так и новые изделия технологической радиосвязи. Математические модели процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи позволяют решать и такие задачи. В основе математических моделей лежит теория марковских и полумарковских процессов, теория вероятностей и математическая статистика.

Важным этапом создания модели являются входные данные. Ни одна математическая модель не может быть применена без базы входных данных. Еще на этапе проектирования модели следует решить, на основе каких данных будет моделироваться исследуемый процесс. Это могут быть собранные ранее статистические данные. Такая модель будет пригодна только для систем, на которые получены экспериментальные данные. Возможно получение теоретико-вероятностных данных как в самой системе, так и ее отдельных блоках, а также путем экспертных опросов. Главным требованием к модели является ее адаптация к изменению входных данных.

Математические модели процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи устойчивы к изменению входных данных как условия эксплуатации системы, тип обслуживаемой аппаратуры, тип аппаратуры контроля, наработка системы и т. п.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса эксплуатации изделий технологической радиосвязи. Для достижения поставленной цели поставлены и решены следующие задачи:

1) совершенствование математических моделей для определения рациональной периодичности контроля и ТО изделий технологической радиосвязи;

2) исследовано влияние ошибок диагностирования первого и второго рода встроенной аппаратуры диагностирования на параметры процесса контроля и ТО;

3) исследовано влияние ошибок диагностирования первого и второго рода внешней аппаратуры диагностирования на параметры процесса контроля и ТО;

4) произведен расчет надежности радиостанции РВ-1М с учетом реальных режимов работы и параметров аппаратуры диагностирования. На основании проведенных расчетов выданы рекомендации о периодичности.

11 проведения обслуживания радиостанций данного типа.

Для достижения поставленных задач применялось математическое моделирование процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи с использованием теорий вероятности, надежности и системного анализа. Компьютерное моделирование оптимальной, допустимой и рациональной периодичности контроля и ТО на основе теории марковских и полумарковских процессов.

Практическое значение работы заключается в том, что созданные математические модели позволяют рассчитывать рациональную периодичность контроля и ТО для каждого вида изделий технологической радиосвязи с учетом реальных режимов работы и параметров аппаратуры диагностирования. Использование математических моделей создает предпосылки для формирования компьютерных банков данных и включения процесса контроля и ТО изделий технологической радиосвязи в общую информационную среду отрасли.

5.4. Выводы по разделу.

1. Годовой экономический эффект внедрения новой периодичности проверок радиостанций РВ-1М достигается за счет уменьшения количества отказов, что положительно влияет на состояние безопасности движения поездов. Годовой эффект составляет 545,36 р. на одну радиостанцию.

2. Экономическая эффективность для локомотивного депо, содержащего 50 поездных радиостанций, за 10 лег в виде суммарного интегрального эффекта составит 184 305,04 р. Это свидетельствует о том, что данное мероприятие является эффективным.

1. Исследованы процессы контроля и ТО изделий технологической радиосвязи. Применяемая в настоящее время методика расчета количественных характеристик надежности изделий технологической радиосвязи не учитывает параметры системы обслуживания, ошибки диагностирования первого и второго рода встроенной и внешней аппаратуры диагностирования, а также воздействие постепенных отказов на параметры аппаратуры и периодичность контроля и ТО. Использованные в работе модели для исследования процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи отражают многие стороны функционирования изделий и позволяют управлять процессами контроля и ТО при помощи манипуляций с моделями.

2. Рассмотрены требования к моделям процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи. Важными из них являются: системность построения моделей, способность реагировать на изменения в системе или окружающей обстановке, простота и понятность пользователю, получение приемлемых входных данных для моделирования.

3. Формализованная постановка задач определения рациональных сроков контроля и ТО выполнена с позиций системного представления процессов контроля и ТО. Системное представление процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи позволяет учитывать не только обслуживаемую систему, но и систему ее обслуживания, параметры аппаратуры диагностирования и влияние постепенных отказов на характеристики исследуемых процессов.

4. Показано, что для процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи требуется многокритериальный подход. В качестве критериев выбраны комплексные количественные характеристики надежности — коэффициенты готовности и технического использования. Функционал технического использования служит для определения оптимальной периодичности контроля и ТО — Топь, а функционал готовности для определения допустимой периодичности контроля и ТО — ТДОпРациональная периодичность контроля и ТО находится в пределах Т0пт? ТРАЦ < ТДОп.

5. Разработаны математические модели процессов контроля и ТО изделий технологической радиосвязи, учитывающие ошибки диагностирования первого и второго рода встроенной и внешней аппаратуры диагностирования. Учет ошибок диагностирования делает модель адекватной исследуемому процессу. Результаты моделирования показали, что учет ошибки диагностирования второго рода встроенной аппаратуры диагностирования делает модель адекватной исследуемому процессу. Подтверждением этому служит близость результатов, полученных в ходе эксплуатации изделий технологической радиосвязи со значениями, полученными при моделировании рациональной периодичности проверок.

6. Произведен расчет периодичности контроля и ТО радиостанции железнодорожной технологической радиосвязи системы «Транспорт» РВ-1М с использованием рассмотренных математических моделей. По данным расчета выданы рекомендации по срокам проведения контроля и ТО дня радиостанций указанного типа.

7. Определен экономический эффект внедрения рекомендованной периодичности контроля и ТО для радиостанций технологической радиосвязи РВ-1М, который достигается за счет уменьшения количества опасных отказов, что положительно влияет на состояние безопасности движения поездов. Годовой эффект составляет 545,36 р. на одну радиостанцию.