Проблемы технической эксплуатации волоконно3оптических линий передачи

20 декабря 2011 г, 12:07

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Проблемы технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи

Дан анализ проблем технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), рассмотрены стратегии технического обслуживания оптических кабелей связи (ОКС), сформулированы задачи совершенствования технического обслуживания ВОЛП. В докладе также представлены варианты решения проблемы эффективного технического обслуживания ВОЛП.

Воронков А.А.,

декан факультета повышения квалификации Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Шафигуллин Л.Н.,

генеральный директор ОАО "Таттелеком"

Система технического обслуживания линейно-кабельных сооружений (ЛКС) представляет собой комплекс взаимосвязанных подразделений, технических средств, а также нормативных документов, определяющих порядок выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту для обеспечения заданных показателей качества, удовлетворяющих потребности процесса передачи информации [1].

Главной предпосылкой эффективной организации технического обслуживания ВОЛП следует считать обоснованный выбор стратегии обслуживания, определяющей набор и периодичность выполнения необходимых работ на протяжении всего срока службы Л КС с учетом различных режимов функционирования.

В зависимости от назначения объекта эксплуатации применяют три основные стратегии обслуживания [2]:

• планово-профилактическую;

• статистико-профилактическую;

• восстановительную.

При планово-профилактической стратегии периодичность каждой регламентной работы для однотипных объектов эксплуатации строго регламентирована независимо от местных условий.

Статистико-профилактическая стратегия строго регламентирует только периодичность комплексной проверки состояния объектов эксплуатации, а периодичность регламентных работ устанавливается в зависимости от результатов проверки с учетом фактического состояния объектов эксплуатации и статистических данных о надежности их работы в предшествующий проверке период

При восстановительной стратегии регламентные работы вообще не проводятся, а осуществляется лишь восстановление устройств после отказов и некоторые дополнительные роботы.

Выбор стратегии технического обслуживания для ВОЛП является одной из основных и наиболее сложных задач, от правильности решения которой в значительной мере зависит как надежность функционирования ВОЛП, так и экономические показатели эффективности.

Процесс технического обслуживания при выборе планово-профилактической стратегии включоет в себя регламентные работы, работы по восстановлению объектов эксплуатации после отказов и комплексные проверки состояния объектов эксплуатации.

Объем работы при такой стратегии по техническому обслуживанию ОН!) на определенном объекте I за вред** т определяется ко-

личеством и трудоемкостью отдельных операции их периодичностью и выражоется следующей формулой:

А' г •/ Г ОИп= I -*—+ I ТЖ+ТСУ,^П1+Т,',1,

7=1 'и (=1

где IV—нормированное время выполнения одной регламентной работы (/ = 1,2... К}; К— число выполняемых работ, — периодичность Гой регламентной работы; Тк — нормированное время выполнения С-ой дополнительной работы по плану повышения надежности, в котором V работ; Гд,.в- средние затраты труда на восстановление ной объекта после отказа; пт— среднее число отказов за период /; IV— затраты труда на комплексную проверку устройств на ной объекте; л — количество комплексных проверок за время I.

Анализ затрат труда технического персонала на техническое обслуживание при использовании планово-профилактической стратегии показал, что на выполнение регламентных работ при такой стратегии затрачивается до 80% суммарного времени, определяемого формулой (1). Поэтому основное внимание при оптимизации системы технического обслуживания должно быть уделено совершенствованию и возможному сокращению объема регламентных работ.

Для этого, как видно из формулы (1), есть три пути:

• сокращение набора регламентных робот /;

• управление периодичностью регламентных работ (г);

• снижение трудоемкости 7^ отдельных операций за счет совершенствования технологии выполнения работ.

Управление набором регламентных работ и их периодичностью зависит от выбранной стратегии технического обслуживания. Из трех перечисленных выше стратегий технического обслуживания традиционная для операторов связи планово-профилактическая стратегия по трудовым затратам и, предположительно, по другим критериям является наименее эффективной, поэтому в ностоящее время весьма актуальным является изучение проблемных вопросов, связанных с переходом от планово-профилактической к статистикопрофилактической и восстановительной стратегиям.

Замена планово-профилактической стратегии технического обслуживания вместе с отработанными и проверенными на практике в течение многих лет нормативными документами и инструкциями является непростой и ответственной задачей.

Изменение стратегии влечет за собой изменение периодичности и даже полную отмену регламентных работ, что неминуемо приведет к изменению показателей надежности и безопасности объектов эксплуатации.

Поэтому к любым новациям в системе технического облужива-ния, которые могут хотя бы предположительно снизить показатели надежности и эффективности, следует подходить взвешенно и осторожно, новые инструкции по техническому обслуживанию объектов

40

Т-Сотт, #8-2011

эксплуатации должны быть научно обоснованы и проверены на практике в течение испытательного срока.

Первым шагом в научном обосновании перехода от плановопрофилактических к статистика- профилактической и восстановительной стратегиям технического обслужи ванга может быть моделирование этих стратегий и их сравнительная оценка по наиболее важным показателям надежности и экономической эффективности.

С этой целью проводится оценка трех стратегий технического обслуживания с помощью показателей [3]:

• коэффициент готовности объекта эксплуатации;

• коэффициент оперативной готовности;

• средние удельные затраты на техническое обслуживание;

• средняя удельная прибыль.

Модели используются для вычисления оптимальных периодов профилактики (для планово-профилактической и статистико-профилактической стратегий), оптимизирующих показатели эффективности, а также для вычисления численных значений показателей.

По результатам расчета проводится сравнительный анализ стратегий технического обслуживания объекта эксплуатации с гипотетическими характеристиками.

Проблема оптимизации планово-профилактических работ в процессе технического обслужи ван га объектов эксплуатации не является новой. Эта проблема возникла и начала изучаться вместе со становлением и развитием теории надежности. Так в монографии

[4] освещению этой проблемы посвящена целая глава с описанием мелели оптимизации планово-профилактических работ, здесь же излагаются оптимальные правила замены элементов объектов эксплуатации после определенного периода наработки.

Эффективность профилактических регламентных работ исследовалась в [5], здесь же было введено понятие коэффициента эффективности профилактики и даны простые соотношения для вычисления этого коэффициента. Задачи оптимальной профилактики рассматривались также в [4].

Модели стратегий технического обслуживания устройств, предлагаемые [3], являются модификацией уравнений для вычисления оптимальных периодов профилактики. Такие уравнения и графический метод их решения приведены в [4].

Сравнительный анализ стратегий технического обслуживания объектов эксплуатации целесообразно выполнять с помощью комплекса моделей. Так, по критерию "коэффициент готовности" используется своя модель, которая учитывает параметры технического обслуживания и определяет оптимальный период профилактики, максимизирующий коэффициент готовности системы.

Аналогичную роль выполняют и другие модели, но по другим критериям. Иными словами, используя разные критерии, мы в общем случае получаем различные значения оптимальных периодов профилактики.

Модели для каждого из показателей эффективности представлены в виде уравнений, связывающих характеристики устройства, параметры технического обслуживания и интервала Т между последовательными профилактическими работами. Оптимальное значение интервала Т определяется как корень соответствующего уравнения. Вычисленное значение Т используется для определения соответствующего критерия эффективности.

В работе [5] в главе, посвященной оптимальным правилам проведения регламентных работ и проверок, получен важный для практиков результат.

Этот результат сформулирован в виде утверждения, суть которого заключается в том. что оптимальным правилом замены элементов устройства, минимизирующим суммарные экономические потери и максимизирующим показатели качества функционирования,

является такое, когда замены производятся только лишь в случае отказов элементов

Это утверждение подтверждается результатами вычислений показателей надежности и экономической эффективности.

При этом, численные значения показателей эффективности технического обслуживания, полученные в этой работе для трех стратегий обслуживания, демонстрируют преимущества восстановительной стратегии. Обычно предполагается, что проведение профилактики или ремонта полностью обновляет объект, по отношению к которому они применяются.

В начальный момент назначается проведение плановых восстановительных работ через определенное время. Если к назначенному моменту система не отказала, проводится плановая профилактика. Если же к назначенному моменту система отказала, то вместо профилактики проводится аварийный ремонт.

От момента появления отказа до начала планового аварийнопрофилактического ремонта система простаивает в неработоспособном состоянии. После окончания восстановительных работ планируется новый момент для проведения плановых восстановительных работ на следующем периоде эксплуатации системы, и весь процесс обслуживания повторяется.

Выбрав соответствующим образом период проведения плановой профилактики, можно добиться максимально возможных значений выбранных показателей качества функционирования системы.

В качестве основных показателей качества функционирования системы берутся два основных показателя надёжности: коэффициент готовности и коэффициент оперативной готовности /?(0, а также два экономических показателя: средняя удельная прибыль от системы за единицу времени С и средние суммарные издержки, отнесённые к единице времени работы С. Вначале вычисляется оптимальный период т0 проведения регламентных работ для максимизации Кд. Корень уравнения (2) Т0 является оптимальным периодом профилактики [3].

, /.»/(*)* ——— = -Лт )+А(Г)Гя<л)А + —------------------

Т..-Т» «

В формуле (2): Тп — средняя длительность плановой профилактики; ТА — средняя длительность аварийного ремонта; Р(Т) — функция распределения времени роботы системы до отказа; Л(Т) — интенсивность отказов системы; Р(х) — функция времени безотказной работы системы; /|х) — функцга плотности времени работы системы до отказа.

Подставляя найденный из уравнения (2) корень Т0 в выражение (3), можно найти значение К'д при оптимальном периоде профилактики [3].

к-------------ИЫ-------

(31

Затем вычисляется оптимальный период Т0 проведения регламентных работ для максимизации К(0.Корень уравнения (4) т(, является оптимальным периодом профилактики.

г

ТI = -Я~(Г) + А(Г)*—'"—* [/>< * + , )Л+ 4--------------

7 7 I 'Г

(41

В формуле (4) Т — оперативное время работы системы, необходимое для выполнения задачи.

Т-Сотт, #8-2011

41

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Подставляя найденный из уравнения (4) корень Т в выражение

(5), можно найти значение £(0 при оптимальном периоде профилактики [3].

'’'т.+и

Кг

Я<г<,* =

15]

Оптимальный период I проведения регламентных работ для максимизации С находят из выраженга (6). Корень уравнения (6) Т0 является оптимальным периодом профилактики [3].

, ГлГигкЖ

с. * с Л. г,

<с.+с*Г.-7\г> Т.Тг'с Сг'*тТ:с. с'*Тг'с су <сИс.»7\ Тп'с.+сЛТ. Гя*

ч: С;Т/'Т'

Т.-ТпЫс.ч.-Тп*™

В формуле (6): Сд — прибыль, получаемая за единиц/ времени безотказной работы системы; сп — потери за единицу времени при проведении плановой профилактики; сс— потери за единицу времени при наличии в системе скрытого отказа; сд — потери за единицу времени при проведении аварийного ремонта.

Подставляя найденный из уравнения (6) корень Т0 в выражение (7), можно найти значение С при оптимальном периоде профилактики (1 ].

‘ М7>Гл>/<г„>

Оптимальный период I проведения регламентных работ для минимизации Сз находят из вы ражен га (8).

Корень уравненга (8) Т0 является оптимальным периодом профилактики [3].

т , с |л/( .г>Л

— = -Яг) + Мт)[ Р(.гкЛ *------!----------

1с Т ~с Т -> I (сТ-с Т 'Ъ*>

18]

Подставляя найденный из уравненга (8) корень Т0 в выражение (9), можно найти значение С5 при оптимальном периоде профилактики.

1- ,£*12

19)

Используя исходные донные по периодичности и длительности работ на ВОЛП согласно [2] при профилактической и прогнозирующей стратегии обслуживания, и подставляя найденный из уравненга (2) корень Тд в выражение (3), можно найти максимальное значение Кд при оптимальном периоде профилактики.

Рассчитаем показатели надежности гипотетической ВОЛП протяженностью 13900 километров для которой согласно действующим нормативным документам [2] должны быть выполнены следую-

0»

0*7

0 96

096

ОМ

0Ю

091

09

Овв ч

20 30 *050 60 708090 100

Ко»ффм11исн1 готовности ВОЛП К, Периоды профилактики ВОЛП То. чаем

0.99995 3

0.99963 24

0.99847 48

0.9894 100

Рис 1. Зависимость ко эффициемта готовности от периода профилактики

щие требования:

• коэффициент готовности — не менее 0,985;

• коэффициент простоя — не более 0,015;

• среднее время восстановления — не более 10 часов;

• плотность отказов — не более 0, 1554;

• наработка между отказами не менее 407 часов.

Результаты расчета коэффициента готовности при различных

периодах профилактики представлены в табл. 1.

Результаты росчетов показали, что за счет выбора соответствующего периода профилактики можно добиться требуемого коэффициента готовности для обеспечения заданных параметров качества обслуживания ВОЛП. Эти результаты представлены в виде графика на рис. 1.

Если при использовании стратегии технического обслуживания возможный отказ ОТЭ обнаруживается на стадии прогнозирующего контроля и в кратчайшее время проводятся необходимые работы, то в таком случае исключаются опасные последствга, к которым приводит появление в ВОЛП опоено го отказа.

Это условие можно выразить в виде неравенства: Т0 < Дти, где Т0 — допустимая длительность интервала времени (периода профилактики); Дт — интервал времени, в течение которого в состоянии ОТЭ не могут произойти существенные изменения с необратимыми катастрофическими последствиями.

Следовательно, цель технического обслуживания ВОЛП при использовании прогнозирующей стратегии будет в полной мере достигнута при соблюдении двух условий:

• своевременное обнаружение возможности появления в ОТЭ отказов (качественный прогноз изменения параметров ВОЛП);

• оптимизация периода профилактики Т0, который удовлетворяет условию т0 < Дти.

Неизбежность перехода от планово-профилактической стратегии техническою обслуживания к статистико-профилактической и восстановительной обусловлена двумя основными факторами:

* Экономическим фактором, который действует вследствие перехода от устаревшей затратной экономики к рыночной;

• научно-технгаеским прогрессом и проявлением новых эффективных средств контроля и диагностики технического состояния объектов эксплуатации.

Однако в процессе перехода необходимо обеспечить выполнение некоторых условий.

Таблица 1

42

Т-Согтт #8-2011

Дело в том, что главная цель технологического процесса технического обслуживанга состоит в предупреждении отказов которые могут нарушить функционирование ЛКС или вызвать перерыв действия ответственных объектов эксплуатации.

Восстановительная стратегия технического обслуживания не согласуется с этой целью, т.к. при такой стратегии устранение отказов, в том числе опасных, выполняется после появленга отказа.

Оперативное устранение отказов также может успешно осуществляться при использовании резервирования, высокой ремонтопригодности технических средств объектов эксплуатации и соответствующей организации ремонтных работ.

Из-за низкой эффективности технического обслуживания по регламенту, за рубежом она практически не используется [6].

В большинстве зарубежных стран осуществляется переход к стратегии технического обслуживания ОТЭ по прогнозируемому техническому состоянию оборудования.

При этом технические эксперты разрабатывают сценарий обслуживания ОТЭ на основе прогноза, менеджеры корректируют его на основе управления рисками.

Опробована стратегия полного отказа от технического обслуживания ОТЭ с заменой его на автоматизированный мониторинг состояния оборудования (так называемая восстановительная стратегия эксплуатации ОТЭ).

Стратегия полного отказа от технического обслуживанга ОТЭ вряд ли получит широкое внедрение в России из-за сложности реализации

В то же время стратегия обслуживания по прогнозируемому техническому состоянию ОТЭ представляет интерес как наиболее рациональная. Диагностика состояния оборудования ОТЭ должна быть технически и экономически обоснованной, причем наиболее целесообразен прогнозирующий контроль.

Ведущие эксперты [6] предлагают трехуровневый процесс принятия решения при выборе стратегии обслуживания:

Первый уровень

Второй уровень

'Экономическая опенка сценариев на основе жономической информации

На втором уровне технические специалисты прогнозируют остаточный ресурс ОТЭ, а экономисты рассчитывают затраты, которые необходимы для технического обслуживания в течение расчетного срока службы. В итоге второго уровня выбираются возможные варианты решений.

Третий уровень

Выбор оптимального сценария и стратегии на основе управления рисками

Ра {работ ка сценариев технического обслуживания ОТЭ на основе технической информации

На первом уровне на основе технической информации об ОТЭ (база данных по параметрам ОТЭ на момент ввода в эксплуатацию, срок службы оборудования, нештатные воздействия, результаты предыдущих испытаний и диагностики) разрабатывают несколько сценариев технического обслуживания, обгнивают техническую эффективность и реализуемость каждого из них.

На третьем высшем уровне менеджеры на основе механизма управления рисками принимают решение: продолжить эксплуатацию ОТЭ, провести дополнительную диагностику ОТЭ с помощью системы мониторинга, провести необходимые работы по доведению параметров ОТЭ до требуемых значений.

Исходными данными для достоверной экспертизы состояния ОТЭ являются отдельные параметры системы с имеющимся количественным составом персонала и его квалификацией.

Важной проблемой является достоверность и достаточность информации для выработки управляющих решений. Все это требует разработки эффективной модели прогноза состояния ОТЭ и практической проверки ее работоспособности

Реализация протезирующей стратегии технического обслуживания ВОЛП возможна при использовании современных систем мониторинга с соответствующей базой данных, дающих возможность составить достоверный прогноз состояния параметров линии. Такие системы мониторинга обеспечат текущий контроль, диагностику и своевременное обнаружение ухудшения параметров ВОЛП.

Необходимым условием является также наличие полной базы данных по параметрам ВОЛП на этапе приемо-сдаточных испытаний и в процессе дальнейшей эксплуатации, с целью получения качественного прогноза изменения параметров ВОЛП.

Литература

1. Правила технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений междугородных линий передсми, Книга третья — М., 1998. — 214 с.

2. РД 45.047-99. Линж передачи волоконно-огтттеасие на магистральных и внутризоновых сетах ВСС Росо*1. Техническая эксплуатация. — М.: 1999 - 116с

2 Лю&мэмй В£. Кораго И.С Сравжтель**»* анализ стратегий технического обслуживания систем железнодорожной евтомагики и связи. В сб. трудов конферек^м "Инженерные проблемы транспорта". — Латвия, Рига, 2007. - С.69-73.

4 Р. Ехфлоу, Ф. Прошек Математическая теория надежности. — М.: Высшая школа, 1999. — 382 с

5 НАШишансж, В.ФРапкт Л ЛБсфенмооА. Основы теории надежности и эксплуатации радиоэлектронной техники. — М.: Ириас, 2008. — 174с

6 Ованмаэе А/. Стратегии ТОиР и диагностика оборудовения. В журнале Новости электротех»**и". — №2, 2008. — С 2-9.

T-Comm, #8-2011

43