Вероятностное моделирование влияния длительности восстановления на надежность судовых информационных систем

перевалке экспортно-импортных, транзитных и каботажных грузов в морских портах за счет роста их производственной мощности, повышения технологического и организационного уровня; укрепить взаимосвязь морского транспорта со смежными видами транспорта, грузовладельцами, иностранными партнерами в рамках межотраслевой транспортной координации.

Реализация подпрограммы «Внутренний водный транспорт» позволит повысить уровень безопасности гидротехнических сооружений и создать благоприятные условия для развития транзитного потенциала внутренних водных путей.

Рассматривая подпрограмму «Гражданская авиация» можно сделать выводы, что модернизация объектов аэродромной инфраструктуры напрямую связана с увеличением авиаподвижности населения, активизацией бизнеса и увеличением транспортной доступности регионов страны.

За прошедший 2016 годРосавиация организовала проведение строительно-монтажных работ по реконструкции и строительству объектов аэродромной инфраструктуры в 23 аэропортах. Объем бюджетных инвестиций на 2016 год составляет 53 867 660,0 тыс. рублей (в рамках ФАИП).

В настоящий момент активно ведутся работы по строительству и реконструкции инфраструктуры аэропортов в аэропортах Домодедово, Внуково, Шереметьево, Калининград, Волгоград, Ростов-на-Дону, Саранск, Нижний Новгород, Самара, Екатеринбург, которые в 2018 году будут принимать матчи Чемпионата мира по футболу.

Деятельность Росавиации направлена на формирование условий для устойчивого развития аэропортов и, как следствие, экономики субъектов Российской Федерации, что в свою очередь, оказывает положительное влияние на создание единого экономического про-

странства нашей страны.

Подводя итоги анализа развития транспортной системы Российской Федерации иее влияния на национальную экономическую безопасность,хотелось бы заметить, чтопри развитии транспортной инфраструктуры и транспортных предприятий в регионах РФ должны учитываться места перспективного освоения новых месторождений, а также значимые проекты общегосударственного значения. При реализации проектов по развитию должен учитываться их многоцелевой характер, требующий сбалансированного развития инфраструктуры различных видов транспорта. Безусловно, также необходимо изменение и совершенствование существующей законодательной базы с внесением поправок в существующие законодательные акты и принятием новых федеральных законов затрагивающих все виды транспортных предприятий.

Литература:

1. Федотенков Д.Г. Основные проблемы и пути развития транспортной логистики [Текст] // Проблемы современной экономики: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, декабрь 2013 г.). - Челябинск: Два комсомольца, 2013.

2. Алексеева О.А. Механизмы обеспечения финансовой безопасности транспортного предприятия [Текст / О.А. Алексеева, О.И. Курсиков] // Kant. - 2012. - №3 (6).

3. http://www.rzd.ru/ - Официальный сайт ОАО «Российские железные дороги»

4. http://www.mintrans.ru/ - Официальный сайт Министерства транспорта Российской Федерации

5. http://logistic-info.ru/ - справочный ресурс по логистике.

УДК 621.3.019.3

ВЕРОЯТНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ СУДОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ

СИСТЕМ

Чернова А.И., к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», e-mail: ruzhay_ann@mail.ru Старжинская Н.В., к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», e-mail: karbovets_n@mail.ru

В современных условиях эксплуатации судового оборудования информационных систем восстановление работоспособности в случае возникновения отказа существенно зависит от выбранной системы технического обслуживания и ремонта. При этом, оценка фактического технического состояния судового оборудования и прогнозирование времени безотказной работы или остаточного ресурса на длительный период эксплуатации позволяют повысить эффективность мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту, в частности сократив время простоя оборудования за счет обеспечения необходимым комплектом запасных частей и своевременной заменой отказавших блоков и элементов. В статье рассмотрена методика применения вероятностной модели для прогнозирования остаточного ресурса оборудования судовых информационных систем при времени восстановления его работоспособности, соизмеримом со значением наработки на отказ. Применение средств компьютерной математики позволило получить основные количественные характеристики прогнозирования.

Ключевые слова: остаточный ресурс, надежность, прогнозирование, математическая модель, наработка на отказ, безотказная работа, предельное состояние.

PROBABILISTIC MODELLING OF INFLUENCE OF MAINTENANCE DURATION ON SHIP INFORMATION SYSTEMS RELIABILITY

Chernova A., Ph.D., assistant professor, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime State University», e-mail: ruzhay_ann@mail.ru Starzhinskaya N., Ph.D., assistant professor, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University», e-mail: karbovets_n@mail.ru

In modern conditions of exploitation of marine information systems equipment recovery in the event of failure significantly depends on the chosen system of maintenance and repair. Thus, assessment of the actual technical condition of ship equipment and forecasting uptime or residual life for a long period of operation allow to increase the efficiency of maintenance activities and repair, in particular reducing the downtime of equipment by providing the necessary set of spare parts and timely replacement of the failed units and elements. The article describes the methodology for applying probabilistic models to predict remaining life of equipment marine information systems at the time of the restoration of his health, commensurate with the value of the MTBF. The use of means of computer mathematics allowed us to obtain the basic quantitative characteristics offorecasting.

Keywords: residual life, reliability, prediction, mathematical model, MTBF, uptime, ultimate limit state.

Рост использования морского флота приводит к увеличению его численности и интенсивности судоходства на морских путях. В связи с этим одной из основных задач является повышение безопасности мореплавания, включающая, в том числе, внедрение на суда современных информационных систем. На современных морских судах от отдельных устройств и простых систем автоматизации управления судном, радиосвязи и навигации перешли к использованию интегрированных информационных систем, сложность, ответственность и уникальность задач которых определяют к ним высокие требования по надёжности. Кроме этого, применение микропроцессорной техники привело к развитию нового подхода к организации процесса технической эксплуатации судовых информационных систем, когда функции по ТО и Р

Рис.1. Распределение наработки на отказ и интервалов восстановлений судовых информационных систем

возложены на судоводителя и электромеханика, имеющих ограниченную квалификацию в области радиоэлектроники, а восстановление работоспособности оборудования осуществляется в основном блочной заменой, необходимость и адрес замены при этом определяется встроенными диагностическими системами и тест-таблицами[1, 2].

Наряду с этим, важность функций, выполняемых судовыми информационными системами, приводит к необходимости заранее обеспечить высокий уровень их эксплуатационной надежности на весь межремонтный период. Это связано с тем, что в морских условиях эксплуатации оборудование информационных систем под воздействием внешних дестабилизирующих факторов изнашивается более быстрыми темпами, а полномасштабное береговое техническое обслуживание и обслуживание в судовых условиях эксплуатации, как правило, затруднено[3].

В большинстве случаев время восстановления работоспособности оборудования судовых информационных систем соизмеримо со временем его наработки на отказ. Несмотря на то, что на любом судне должен быть предусмотрен необходимый комплект запасных частей, инструментов, материалов и измерительных приборов, доставка необходимых запасных частей для проведения ТО и Р в случае их отсутствия требует существенных затрат времени. Также и в вызов на судно специалистов сервисных центров для проведения мероприятий по ТО и Р может занимать от нескольких часов до нескольких месяцев[4].

Таким образом, наработки на отказ оборудования Т. и интервалы его восстановлений и. представляют собой случайные величины [5], зависящие как от свойств оборудования, так и от внешних условий эксплуатации, в том числе и от условий технического обслуживания и ремонта (см. рис.1). Поэтому в общем случае распределения величин T и 0 независимы.

В процессе эксплуатации такого оборудования возникает задача оценки остаточного ресурса (срока службы или срока сохраняемости), поскольку его длительные простои могут приводить как к занижению назначенных сроков эксплуатации, так и к неоправданному их завышению, а, следовательно, снижается эффективность принятия решений по технической эксплуатации, в частности проведению планового ТО и Р. Решение задачи прогнозирования остаточного ресурса оборудования судовых информационных систем основывается на известных законах распределений наработки на отказ и времени его восстановления. Современные информационные технологии и средства компьютерной математики существенно расширяют возможности математического моделирования остаточного ресурса оборудования, увеличивают достоверность анализа и оперативность принятия конкретных решений по организации технической эксплуатации оборудования судовых информационных систем.

Рассмотрим случай, когда наработка на отказ распределена по гамма-распределению f(t) с показателем равным 2, а время восстановления - по экспоненциальному закону g(t) с интенсивностью ц[6]:

f (t) = X2 • t • ', g(t) = 1 - е- м.

П , б X = 0,1 .. ц = 0,35

Примем интенсивность отказов оборудования 1/тыс.час, интенсивность восстановления '

распределения суммы наработки на отказ и времени восстановления оборудования в этом случае приведены на рис.2.

1/тыс.час. Закон

R(t) = }{! - F (т )}G(x ))dT

Функция распределения суммы наработки на отказ Т и времени восстановления имеет вид[7]: 0 .

Программа определения закона распределения суммы наработки на отказ и времени восстановления, выполненная в математическом редакторе Майсаё

R(t) :=

[1 - [1 + I

d

R(t) ^ -

It

.3 -ц1 .3. t ,, 3 .. t .. . 2.2t 3 -!• t .. t .. ,2. . .fitA 2 2,2 -It

1 •e + 1 (- 1) + ц - 2) - 2-ц -t + ц -e «Ы + 2) + 6-ц ...Slnh[ -2- U - ц 1 ^

3 2 2 3

ц •! - 2-ц •! + ц!

\2 -I-т , I -т-e d

laplace ,t i2

simplify ^ 2

s •

•С-ц-О

laplace ,t ..

simplify ц + s

I

s•

2

.•I

.•I

s •

^ —

ц + s ) , ч Л y s •

imrlafila^fi с f 2 - It ,2 - U" t 2,2^ „ . - It ,2 - I' t 2 . - It

invlaplace,s,t ц • e + I •e p — ц — I + ^ц! - 2•ц•I•e - ц^! •t^e + ц •I•t•e simplify 2

R(t) := 1 +

/т 1 ч -!• t / 1 w -!• t i 2 -цt

ц^! -ц)•e (ц!)•t^e I • e

0

t

0

И

Рис. 2. Закон распределения суммы наработки на отказ и времени восстановления оборудования х, тыс.час

Плотность восстановлений Г (1) с ростом времени стремится к стационарному значению, равному среднему числу восстановлений за единицу времени[8, 9]:

0 ТЬ = 31.905

f (t) := dR(t) Tb d

fb -L

Tb

fb = 0.031

Для расчета среднего количества восстановлений оборудования за заданный период эксплуатации, значение которого примем равным 20 тыс. час (см. рис.3), воспользуемся формулой[10]:

H

t ,

T + T

+

2 • (T + Td )2

Программа расчета среднего количества восстановлений оборудования за заданный период эксплуатации, выполненная в

математическом редакторе Ммксай

-I

trb:= I t2'f(t) d(t> + СТЬ)"

9 := Crl> - ТЪ"

71 2ТЪ2

H(tJ 0.0313432S35S20S95522J9'T + 0.205P47S725774114501S H(2Q) = O.S33

Рис.3. Зависимость среднего количества восстановлений оборудования за заданный период эксплуатации 1, тыс.час

Функция готовности (см. рис.4), как сумма вероятностей двух несовместных событий: объект безотказно работал в течение времени 1; объект отказывал, но после последнего восстановления сохранил работоспособность до момента 1, имеет вид[11]:

Fa (t) = F (t) + { F (t - т К (т )th

W) 0.5 "

Рис.3. Зависимость коэффициента готовности оборудования Fg от времени эксплуатации t, тыс.час

0

Программа расчета вероятности того, что остаточный ресурс оборудования будет превышать некоторое значение г, выполненная в математическом редакторе Mathcad 1

' ' rx

Py (x) :=

1

1 1

X ц

1 1

X ц

e X't• (X-1 + 1) d

Py (0.5) - 0.836 Py(l) = 0.814 Py(2) - 0.772

Рис. 4. Зависимость вероятности того, что остаточный ресурс оборудования будет превышать некоторое значение г, от значения

остаточного ресурса х, тыс.час

Из полученных зависимостей можно определить время перехода оборудования в предельное состояние при установленных режимах и условиях эксплуатации при достижении наработкой определенного значения с начала эксплуатации, а также спрогнозировать количество отказов за заданный период времени.

Таким образом, рассмотренный вероятностный метод прогнозирования остаточного ресурса может быть использованы в инженерных расчетах при любых законах распределений наработки на отказ и времени восстановления оборудования. При этом могут быть получены основные показатели прогнозирования остаточного ресурса - вероятность безотказной работы и среднее время безотказной работы системы. На основе результатов прогнозирования остаточного ресурса уточняется предельно допустимый срок эксплуатации рассматриваемого оборудования или назначается срок очередного контроля его состояния и проведения ТО и Р в реальных условиях эксплуатации.

Литература:

1. Бойко А.И. Эксплуатационная надежность судовых радиоэлектронных средств связи в условиях дальнего плавания.: Диссертация ... кандидата технических наук, Новороссийск, 2006. - 148 с.

2. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем. Изд. 2-е, переработанное. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2004. - 208 с.

3. Чернова А.И.. Проблемы повышения эксплуатационной надежности морских радиоэлектронных средств связи// Транспорт Российской Федерации. 2008. №1(14). С. 24-26.

4. Консолидированный текст конвенции СОЛАС-74 [Текст] : бюл. № 26 изм. и доп. / Центр. науч.-исследоват. ин-т мор. флота ; Отв. исполн. С. Е. Мясоедов, Пер. В. П. Стрелков. - СПб : Изд-во Центр. науч.-исслед. ин-та мор. флота, 2008. - 32 с.

5. Рябинин И.А. Надежность и безопасность сложных систем. СПб.: Политехника, 2000. - 248 с.

6. Модели и методы оценки остаточного ресурса изделий радиоэлектроники [Текст] : монография / Г. С. Садыхов, В. П. Савченко, Н. И. Сидняев. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. - 382 с.

7. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Советское радио, 1971. - 224 с.

8. Лицкевич А.П., Демьянов В.В., Бойко А.И., Карбовец Н.В. Системная надежность морского радиоэлектронного оборудования. Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2005. - 185 с.

9. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. Учебное пособие. Спб.: Питер, 2005. - 479 с.: ил.

10. Кейджян Г.А. Прогнозирование надежности микроэлектронной аппаратуры на основе БИС. М., 1987. 376 с.

11. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.: Советское радио, 1969. - 488 с.

0