автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Повышение безопасности изделий технологической радиосвязи на основе оптимизации сроков их технического обслуживания

На правах рукописи

КОПЫТОВ Евгений Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗАЦИИ СРОКОВ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Специальность 05.11.13 -Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 4 ЯНВ 2013

Омск-2013

005048708

005048708

Работа выполнена на кафедре «Радиотехнические и управляющие системы» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

ЛУТЧЕНКО Сергей Святославович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

МАЙСТРЕНКО Василий Андреевич, зав. кафедрой «Средства связи и информационная безопасность» ОмГТУ

кандидат технических наук РАСКИН Евгений Михайлович, директор ЗАО «Автоматика-Э»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный

университет путей сообщения» (ИрГУПС)

Защита диссертации состоится 14 февраля 2013 г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, ауд. 8-421.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, Омский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.178.01.

Автореферат разослан 14 января 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.178.01 доктор технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Надежное функционирование изделий технологической радиосвязи на железнодорожном транспорте является основой для обеспечения безопасности перевозочного процесса, поскольку они играют важную роль в организации процесса перевозок и служат для передачи команд управления подвижным составом и обмена информацией диспетчеров с машинистами поездов.

Безопасность во многом определяется правильной, научно обоснованной организацией технического обслуживания (ТО), поэтому возникла необходимость ее количественной оценки, как существующих, так и разрабатываемых технических систем, а также учета основных влияющих факторов.

В работе предложено использовать показатели безопасности (ПБ), так как количественная оценка безопасности изделий на основе показателей надежности невозможна в связи с необходимостью выполнять разделение отказов по влиянию на человеческую жизнь, экономику и окружающую среду.

В настоящее время вычисление ПБ выполняют с помощью математических моделей, разработка которых является сложной задачей, зависящей от конкретной предметной области и степени соответствия реальным процессам. Работы, посвященные исследованию ПБ методами имитационного моделирования, практически отсутствуют.

Разработкой математических моделей определения ПБ и оптимизации периодичности ТО для изделий технологической радиосвязи занимались Т.А. Филимонова, Г.Г. Держо, С.С. Лутченко, В.В. Филенков. Анализ показал, что применяемые в этих работах модели не позволяют одновременно учитывать ошибочные действия персонала, защитные и опасные отказы, а так же разрегулировку и вероятности ошибок аппаратуры диагностирования, что приводит к неудовлетворительным результатам при определении периодичности ТО. В диссертационной работе эти факторы учтены при построении математической и имитационной моделей количественной оценки безопасности.

Таким образом, совершенствование математических моделей и разработка имитационных моделей для оптимизации сроков технического обслуживания изделий технологической радиосвязи с целью повышения их безопасности, является актуальной задачей.

Цель и задачи диссертационных исследований

Целью диссертации является повышение безопасности изделий технологической радиосвязи на основе оптимизации сроков их технического обслуживания.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Предложить способ определения периодичности технического обслуживания изделий радиосвязи.

2. Совершенствовать математическую модель количественной оценки безопасности изделий технологической радиосвязи, учитывающую влияние скрытых, ложных и защитных отказов, разрегулировки и ошибки обслуживающего персонала.

3. Предложить методику определения исходных данных для модели количе-

ственной оценки безопасности.

4. Разработать алгоритм и программу имитационной модели оценки безопасности изделий технологической радиосвязи.

5. Исследовать влияние ошибок диагностирования и обслуживающего персонала на показатели безопасности.

6. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированных средств проектирования (АСП) для определения оптимальных сроков технического обслуживания изделий технологической радиосвязи.

7. Определить с помощью разработанной математической модели и программного обеспечения АСП количественные значения ПБ и рациональную периодичность ТО изделий технологической радиосвязи.

Объект исследования

Изделия технологической радиосвязи.

Методы исследования

Теоретические исследования выполнены с использованием положений теории вероятностей, надежности, системного анализа, теории марковских и полумарковских процессов. Программирование математической модели было выполнено в пакете MathCAD, программные модули автоматизированных средств проектирования реализованы на языке С++ в среде Visual Studio С++ v6.00 и в пакете Matlab.

Научная новизна

1. Усовершенствована математическая модель расчета показателей безопасности (ПБ) с учетом влияния условий эксплуатации, техобслуживания, внезапных и постепенных отказов (разрегулировки), ошибок обслуживающего персонала и ошибок диагностирования первого и второго рода.

2. Разработана методика учета влияния ошибок обслуживающего персонала на показатели безопасности.

3. Разработаны алгоритм имитационной модели и автоматизированное средство проектирования, позволяющие улучшить и повысить точность определения периодичности технического обслуживания изделий технологической радиосвязи.

Достоверность научных положений и выводов

Изложенные в работе положения теоретически обоснованы, подтверждены сопоставлением математического и имитационного моделирования и результатами внедрения на предприятии.

Теоретическая значимость

1. Разработана математическая и имитационная модели, одновременно учитывающие ошибочные действия персонала, защитные и опасные отказы, а так же разрегулировку и вероятности ошибок аппаратуры диагностирования (АД).

2. На основе имитационной модели разработан алгоритм АСП и программное обеспечение для оценки безопасности изделий технологической радиосвязи.

Практическая значимость

1. Разработанная математическая модель может быть использована в проектных организациях для оценки безопасности вновь вводимых в эксплуатацию изделий технологической радиосвязи.

2. На основе разработанных имитационной модели и алгоритмов АСП создано программное обеспечение для применения в контрольно-ремонтных пунктах радиосвязи эксплуатирующих организаций при определении оптимальной периодичности технического обслуживания.

На защиту выносятся:

1. Усовершенствованная математическая модель расчета показателей безопасности изделий радиосвязи, отличающаяся тем, что учитываются следующие состояния: работоспособное, защитное, опасного отказа, разрегулированное, скрытого отказа, ложного отказа, технического обслуживания исправной системы, восстановления системы, находящейся в защитном состоянии, восстановления разрегулированной системы, восстановления при скрытом отказе.

2. Имитационная модель количественной оценки безопасности изделий технологической радиосвязи, позволяющая не применять сложные аналитические методы расчета.

3. Алгоритм и программное обеспечение АСП для оценки безопасности изделий технологической радиосвязи, позволяющие определять оптимальное значение рациональной периодичности технического обслуживания.

Применение результатов работы

Основные результаты диссертационной работы использованы в следующих организациях:

1. Открытое акционерное общество Омский приборостроительный завод имени Н.Г. Козицкого (ОАО "ОПЗ им. Козицкого").

2. Омский региональный центр связи (РЦС-1) Новосибирской дирекции связи Центральной станции связи (ЦСС) - филиала ОАО «РЖД»

3. ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения» в учебном процессе в дисциплине «Основы теории надежности железнодорожной автоматики, телемеханики и связи».

Использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на девяти всероссийских и международных конференциях: II Всероссийской научно-практической конференции «Математическое моделирование, численные методы и информационные системы» (с международным участием) (г.Самара 2010 г. САГМУ); Международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (г. Омск 2010 г. ОмГУПС); Научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на Западно-Сибирской железной дороге» (г. Омск 2010 г. ОмГУПС); V научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологи для транспортного комплекса» (г. Омск 2011 г. ОмГУПС); Международной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (г.Омск 2011 г. ОмГУПС); VIII Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве AS'2011» (г. Новокузнецк 2011 г. СибГИУ); XL международной научно-

практической конференции «Неделя науки СПбГПУ» (г. Санкт-Петербург 2011 г. СПбГПУ); VI научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологи для транспортного комплекса» (г. Омск 2012 г. ОмГУПС); Международной научно-практической конференции «Наука и техника в современном мире» (г. Новосибирск 2012 г, НП «Сибирская ассоциация консультантов»)

Публикации

По результатам работы опубликовано 17 печатных работ, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, а также включает рисунки и таблицы в количестве 48 шт.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, излагаются цель и основные задачи исследования, обосновывается научная новизна и практическая ценность выносимых на защиту результатов, представлена структура диссертации.

В первой главе выполнен анализ предметной области исследования, представлены описание и особенности ТО объекта анализа - изделий технологической радиосвязи. Обоснован перечень основных факторов, влияющих на безопасность изделий радиосвязи, в частности разрегулировки, характеризующей процессы старения и износа аппаратуры и отдельных ее элементов.

Предложена методика определения периодичности технического обслуживания изделий радиосвязи на основе применения функционалов безопасности К6(Т) и безопасного технического использования К6т(Т).

Количественное значение допустимой величины К6доп(Т) для большинства эксплуатируемых и вновь проектируемых систем задается или определяется по другим количественным параметрам надежности. Зависимость К6(Т) является гладкой убывающей функцией и позволяет определить границы допустимого времени между ТО 7"доп.

Экстремальный характер функционала К6тн{Т) позволяет определить оптимальную периодичность ТО Топт.

Периодичность ТО выбирается по определенными критериям. При этом необходимо обеспечить наибольшее значение функционала безопасности и добиться максимально возможного периода ТО. При малом периоде ТО значение функционала К6(Т) близко к единице, что обеспечивает высокий уровень безопасности системы, но ведет к неоправданному увеличению затрат. В работе вводится понятие рациональной периодичности, которое выбирается из следующего условия:

^ОПТ"^РЛЦ<^ДОП > (' )

оно справедливо, когда Гдоп > 70ПТ. В случае, если Топт > Тдоп, то периодичность ТО выбирается как:

Тдоп<^РАЦ<^опт • (2)

Вторая глава посвящена совершенствованию математической модели количественной оценки безопасности и методики подготовки для нее исходных данных. Рассмотрены особенности протекания процессов разрегулировки.

Целью создания математической модели является разработка средства, позволяющего проводить оценку безопасности системы в произвольный момент времени и формирующего рекомендации по рациональной периодичности технического обслуживания для поддержания требуемого уровня безопасности.

В работе определены требования, которым должна соответствовать математическая модель технической системы, обеспечивающей безопасность.

Наиболее полно предъявляемым требованиям удовлетворяют модели, построенные на основе марковских и полумарковских процессов. Важнейшая характеристика марковского процесса - вероятность перехода объекта в то или иное состояние за заданный промежуток времени. Информация о вероятностях перехода объекта в различные состояния позволяет определить вероятности каждого из возможных состояний процесса.

Определены и обоснованы состояния системы для оценки ее безопасности. Составлен граф состояний и переходов системы (рис.1), где в отличие от ранее известных моделей отдельно выделены состояния разрегулировки Б3 и восстановления разрегулированной системы Ззто-

Рис. 1. Граф состояний и переходов системы На рисунке 1 обозначены следующие десять состояний: 80 - работоспособное, - защитное, 32 - опасного отказа, - разрегулированное, Бд - скрытого отказа, - ложного отказа, 8Т0 - технического обслуживания исправной системы, Био - восстановления системы, находящейся в защитном состоянии, Бзто -восстановления разрегулированной системы, 84x0 - восстановления при скрытом отказе.

Переходы системы из 8;-го состояния в Б^е происходят в определенные моменты времени. Для определения финальных вероятностей и времени нахождения системы в различных состояниях составлена матрица вероятностей переходов Р (рис. 2), соответствующая предлагаемой модели.

р=

[1-^(Г)]х (1-Д)х/.;2(Г) [1-^ю(Г)]х Дх^2(Г) а,х[1-/.;г(Г)]х (1-«,)х о

х[1-^,(Г)]х х[1-^01(Г)]х х[1-^0,(Г)]х х[1-/-и(Г)]х

(1-Д)х/-г(7-) [1-^(Г)]х Дх^г(Г) а,х[1-/;г(Г)]х

(1-«г)х [1

0-О2)х

(1-а2)х

I -А

[1-Кзг(Г)]х (1-Д)хГ3!(Г)

О О

О О

О 0-А)х^о(Г)

х/=1,(Г)

О о

о о о

Дх^2(Г) «,х[1-/-;2(Г)]х

х[1-^з,(Г)]

РгхРю(Т) «2х[1 - РЮ(Г>]

О (1 -А)х^го(Г) О РгУГ-ю(Г) а2 х [1 - /гго(7')] О

О О Ах/■;„(/') а2х[1-Гго(Г)] о

О о о /?2 о о

Рис. 2. Матрица переходных вероятностей системы

0-а,)х *[1-/;2(7-)]Х

(1 -в,)х О х[1-^2(Г)]х

О

О о

о о

о о

о о

о о

В матрице обозначены: Р0,(Т) - функция распределения (ФР) времени наработки на защитный отказ; РС2(Т) - ФР времени наработки на опасный отказ; Р03(Т) - ФР времени перехода из работоспособного состояния в разрегулировку; р12(Т) - ФР времени перехода из защитного состояния в опасное; Р32(Т) - ФР времени перехода из разрегулировки в состояние опасного отказа; Р|3(Т) - ФР времени перехода из защитного состояния в разрегулировку; Р3,(Т) - ФР времени перехода из разрегулировки в защитный отказ; Гт0(Т) - ФР времени безотказной работы при ТО; а! - вероятность ошибки первого рода встроенной АД; Р1 - вероятность ошибки второго рода встроенной АД; а2 - вероятность ошибки первого рода внешней АД; р2 - вероятность ошибки второго рода внешней АД. В матрице Р нулевые элементы означают отсутствие физических переходов.

Матрица-строка финальных вероятностей имеет вид:

л = |гг0(Г); п,(Г); гг2(Г); л,(Ту л4(Т); л5(Г); лги(Т); лио(Ту, лШ)(Т); ят<Т)\- (3)

Система уравнений для их вычисления получается в результате умножения матрицы-строки финальных вероятностей л на матрицу переходных вероятностей Р. При этом должны выполняться следующие условия:

В развернутой форме выражение (4) будет иметь вид:

я0(Т) = л-2(Т) + я5(Т) + (1 -а2) [1 -РГ0(1Ю)}■ ят0(Т) +

+(1 - а2) • [1 - />0 {!то)] ■ яио(Т) + (I - а2) • [I - Гто(>то)] • ягю(Т) + (1 - Д2) • я 4ГО(Г), я^ТУ= [1-- ^2(Г)]-[1-- /^(П]^(П-яАТ) + [1 - ГИ(Г)] ■ ^¿ТУл^Т),

+0 ■- А) ■• ЫП■ хт(ту+ (1 - А) • Ъ0(Т) ■ я„0(Т)+(1 ■- А\■ /у0(Т) ■ л,т0(Т),

*,<Т) = А • К2(Т)-я0(Т) + д • /• г(ту «г,(Г)+а • ра(П-*,(Г) + А • гп<Т) • ят(Г) + +А • Ъ0(Т) ■ я„0(Т)+А • />0(Г) • П-зго(Г)+А • х<го(П

+а, ■ [1 - (Г)]. [ 1 - Г„ (Т)] ■ я,(Т) + а2 • [ 1 - ^ (Г)] ■ ято(Т) + +аг2 •[I - Ъ0(Т)]-ят(Г) + а2 -[1 - ГЮ(Т)]-я,ю(Г), ято(Т) = (1 - в,) ■ [1 - Г01(П] -[1 - ЫП] ■ [1 - ^оэ (П] ■ * .(П.

я0(Т) + я,(Т) + тг2(Г) + я,(Г) + ^(Г) + Я;(Т) + ят0(Т) + я-|Г0(7-) + язто(Т) + я„0(Т) = 1.

Для получения аналитических выражений функционалов безопасности Кб(Т) и безопасного технического использования К6т„ (Т) в работе определены истинное £3,(7") и наблюдаемое у,(Т) времена нахождения системы в каждом из со-

(4)

стояний. Истинное время вычисляется только для безопасных состояний системы, а именно работоспособного Бо, защитного отказа Бь разрегулировки Бз и ложного отказа 85. Наблюдаемое время у{(Т) обусловлено наличием ошибок диагностирования и вычисляется для всех состояний, в которых находится система.

Функционалы безопасности К5(Т) и безопасного технического использования К5тж(Т) имеют вид:

1=0

к (Г) _ я0(П -о>о{Т) + щ(Г) ■ щ(Т) + лъ(Г) • со,(Г) + щ(Г) • со5(Г) (7)

/=0

Разработана методика определения исходных данных модели количественной оценки безопасности изделий радиосвязи, учитывающая ряд требований, налагаемых условиями эксплуатации.

Выделены следующие группы исходных данных.

1. Функции распределения: Р03(Т); Р32(Т); Р13(Т); Р31(Т); ЕюСТ).

2. Временные параметры технического обслуживания: (3 - время замены узла, ^ - регулировки, 1„ - проверки, - поиска неисправности, г0 - обнаружения отказа, ^ - доставки обслуживающего персонала к отказавшему изделию.

3. Ошибки первого (а) и второго (/3) рода встроенной и внешней АД.

Функция распределения времени перехода системы из исправного состояния

в разрегулированное Рт (Г) подчиняется закону распределения Вейбулла:

^3(Г) = 1-е(^'Г)\ (8)

где Лоз - интенсивность постепенных отказов; Ь - параметр распределения Вейбулла. В работе рекомендуется наиболее адекватным исследуемому процессу разрегулировки принять диапазон 1,8 < Ъ < 2.

ФР времени перехода из разрегулировки в защитный отказ:

Рп{Т) = \-е^т. (9)

В формуле (9) Лз1 - интенсивность отказов при переходе из разрегулировки в защитный отказ. В работе рекомендуется выбирать Х31 =0,1 Х02, где Хог является интенсивностью опасных отказов системы.

Функция распределения времени перехода системы из состояния разрегулировки в опасный отказ имеет вид:

Г}2(Т) = (10)

где Л32 - интенсивность отказов при переходе из разрегулировки в отказ. Интенсивности Л32 для резисторов и конденсаторов определяются по формуле:

= (0.1-0.2)\оз, (11) а для высокочастотных и мощных транзисторов -

Х32=(0.5-0.8Дог (12)

Переход из 5] в Бз означает, что система, имеющая защитный отказ, дополни-

тельно подвергается разрегулировке, что является маловероятным, поэтому в работе принято, что^з(Г) = 0.

Для ФР времени безотказной работы при ТО, учитывающей ошибочные действия обслуживающего персонала (ОП), используется следующее выражение:

Его(Г) = ^Ч (13)

«оп

где пош - количество ошибочных действий персонала, приводящих к отказу; поп -общее количество операций, совершаемых персоналом.

Таким образом, по построенному графу и подготовленным исходным данным оцениваются показатели безопасности изделий технологической радиосвязи с помощью математической и имитационной моделей.

В третьей главе выполнено программирование математической модели в среде МаШСАБ. Проведено сравнение оценок безопасности находящегося в эксплуатации функционального блока (УПП-1М) возимой радиостанции РВ-1М для предлагаемой модели, учитывающей десять состояний и модели, учитывающей восемь состояний. Результаты представлены на рисунке 3.

Для модели из восьми состояний были получены следующие данные. Во-первых, оптимальная периодичность Г0ПТ1 = 4800 ч. и во-вторых, допустимая периодичность 7"Д0П1 составляет 5840 ч. при заданном -КбДоп(Т) = 0,99988. Согласно результатам, полученным по предлагаемой модели, имеем 7*опт = 3577 ч.,

....................К61(Т), К6т](Т) для модели го восьми состояний,

-К6(Т), Кбш(Т) для модели из десяти состояний

Рис. 3. Зависимости функционалов безопасности К6(Т) и безопасного технического использования Кцт(Г) Анализ результатов вычислений показывает, что для разработанной в работе модели количественной оценки безопасности с учетом разрегулировки и защитных отказов, уменьшилось рекомендуемое время рациональной периодичности

то (Грац)". Точность определения численной оценки Трш повысилась более чем в 1,5 раза по сравнению с моделью из восьми состояний.

На основе предлагаемой модели разработан алгоритм имитационной модели количественной оценки безопасности изделий технологической радиосвязи.

Алгоритм имитации процесса состоит из трех основных блоков.

Блок 1. Определение начального состояния процесса (индекс I) в соответствии с вектором начального состояния:

р _ ( Е-0 рО т-,0 г-0 рО р0 тр0 рО рО р0 1 Г0 ~ ("о » -М 1Г2!Г)'Г<'Г5' гТО> 1 1ТО' 1 ЗТО' ' 4ТО/ •

Блок 2. Генерация времени пребывания изделия радиосвязи в текущем состоянии 1 перед переходом в другое состояние на основании плотностей распределения времени пребывания в состоянии 5,:

Р = {(^01 + + *оз)' + 1д, /„+/,+/,,

. (Я.,, + >.„) ■ е~°"*''п)1' ,Тоб, /„+/,,?, + /,+ /„,/„ + /, + /„/, + („,!„}

Блок 3. Определение состояния, в которое перейдет изделие радиосвязи (индекс I) в соответствии с матрицей переходных вероятностей Р:] при выполнении

следующего неравенства:

/-1 / _

,/ = сога/,./ = 0,и, (14)

где Л - равномерно распределенное число на отрезке от 0 до 1.

После выполнения неравенства (14), искомое значение 3 равняется /.

Для вычисления оценок функционалов К6п

(Тоб) и К6(Тоб) С требуемой точностью ет и заданным уровнем значимости а проводились эксперименты для получения Иг реализаций и усреднение по ансамблю для каждого значения Тоб.

Программная реализация алгоритма имитационной модели выполнена на языке объектно-ориентированного программирования С++ в виде интерфейсной функции для взаимодействия с системой Ма^аЬ.

Исследованы методы сглаживания и интерполяции оценок выходных переменных имитационной модели. На основе критерия минимума среднеквадратичной ошибки еск и максимума коэффициента детерминации Я2 для обработки оценок функционала А'б(Тоб) выбраны метод скользящего среднего (£сл,=4,23-КГ12) и полиномиальная аппроксимация четвертой степени (еС1, =6,35-Ю'12 и Л2 =0,9961). В диссертации показано, что наиболее подходящими методами обработки оценок функционала К6тк(Тсб) являются фильтр Са-вицкого-Голея (еск = 2,24-10"10) и сглаживающая сплайн интерполяция

(еск =7,79-10"" и Я2 =0,9965).

Для проверки адекватности имитационной модели математической использовался критерий сравнения дисперсии, обусловленной регрессией 52/л., и остаточной дисперсии 52 (методика В. П. Бородюка и Э. К. Лецкого). Вычислялось

значение параметра у, как отношение среднеквадратичных отклонений оценок указанных дисперсий, и сравнивалось с пороговым значением уп = 2. Количественная и качественная оценка степени адекватности была выполнена на основе коэффициента детерминации Я2.

Гипотеза об адекватности имитационной модели принимается, так как расчетные значения ук и ук больше порогового уп. Полученные значения коэффициента Я2 близки к единице, что характеризует весьма высокую степень близости результатов имитационного и математического моделирования.

В четвертой главе рассмотрено применение разработанных моделей для оценки показателей безопасности важнейшего узла пульта ПУС - устройства ППИ стационарной радиостанции РС-46М. Поскольку пульты ПУС выполняют функции по управлению движением поездов, в частности, приём и передачу речевой информации, то отказы элементов схемы ППИ влияют на безопасность движения поездов.

Определены элементы схемы, отказы которых приводят к нарушению безопасного состояния устройства ППИ. Определены временные параметры проведения регламентных работ по техническому обслуживанию и восстановлению.

С помощью разработанной математической модели в среде МаМСАО выполнено моделирование показателей безопасности и определена периодичность ТО

Рис. 4. Зависимости Кб (Т) и Кб™ (Т) устройства ППИ пульта ПУС

Значение функционала безопасности при высокой квалификации обслуживающего персонала и выбранном К5доп(Т) = 0,99989 соответствует 7Д0П = 8030 ч. Оптимальная периодичность ТО Тот = 3800 ч. Рациональное значение предлагается ГРАЦ = 8000 ч.

На основе имитационной модели разработаны алгоритмическое и программное обеспечение средств автоматизированного проектирования для определения оптимальных сроков технического обслуживания изделий технологической радиосвязи. Графический интерфейс пользователя АСП, приведен на рисунке 5.

<1 фунниионироиамин и Юусфойсш и

Г- Входные параметры модели —

Интенсивность разрегу/мровек, 1Л<

Р Времетяе параметры 70-Прсберка, ч

Интенсивность защитных отказов, 1

Кбдоп 0.9538

- с

— оталвлвм* >*<твр(«ла пвсиоли^ссти ТО—

| <= Трац <= I 0030

Гранки мдишмжтвйКбаоб) и КбтКТоб)

— Статиет**ск*б детые об исследуемо« гроцгсм для е ойранмзи Трем—

Длительность э*еплуетв1ци, ч Т0,ч 5.1876+004 | Я.ч| 4552 ; РО 0.4742 | и 0.0147

| 86400 |

Т1,ч 3479 | Т6.ч| 142.4 | « СС365 I « 0.4266 '

Периодичность Трои, ч

| 5190 | Т2, Ч 11.43 I Т7,ч |_ 0.1125 | 3 004810 ; Р7 0.0360 |

Т3,ч Э.079е*С04! Т8.ч| 1.476 | » 3 003610 1 Ре 0 003514 :

Т4,ч 95.57 | Т9.ч| »7 р. 0.0000192 | 0.0000152 !

| Расчет ТСГрац) и РКТроц) | | Графики Т<Тов) I | Граф»** Р(Тоб) 1 J

{ Выход II Печать

Рис. 5. Интерфейс АСП для определения периодичности ТО изделий технологической радиосвязи

Графическая схема алгоритма работы АСП представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Графическая схема алгоритма работы АСП 14

В приведенной ГСА основными являются блоки 1-10.

В блоке 1 задаются исходные данные для модели, имитирующей процесс функционирования и ТО изделий радиосвязи.

В блоке 2 выполняется процедура многовариантного анализа исследуемого процесса с помощью имитационной модели. В результате получают массивы средних значений функционалов Кб(Той), Л"6т„(Т,б); массивы средних значений времени и вероятности пребывания в каждом ¡-ом состоянии процесса Р,(То6) и Тл{Тоб), соответственно.

Модуль обработки результатов моделирования включает в себя блоки 3, 4 и 5. Здесь осуществляется сглаживание массивов оценок К6{Тоб), определяются оптимальное время периодичности ТО Гопти значение 7Д0П по заданному Л"6доп.

В блоке 6 полученные оценки Тот и Гдоп выводятся на экран средствами

интерфейса пользователя и сохраняются.

В блоке 7 пользователь выбирает и задает значение рациональной периодичности Тгщ в пределах интервала от Тот до Тдоп, используя поля ввода данных

графического интерфейса (рисунок 5).

В блоке 8 задается величина длительности эксплуатации изделий радиосвязи Тж, для которой необходимо определить статистические данные об исследуемом процессе.

На основании полученных зависимостей Т:'(Тоб) и Р,'(Тоб)и заданного значения Тэк в блоке 9 при нажатии кнопки «Расчет Т^Трац) и Р1(Трац)» вычисляются статистические данные: средние значения времени Т'(Трт) и оценки вероятности пребывания в каждом состоянии для выбранного значения рациональной периодичности ТО Р'(ТРАЦ).

Вычисленные значения статистических данных Т'(Т?АЦ) и Я'(ГРАЦ)выводят-ся на экран (блок 10) с помощью полей вывода информации интерфейса АСП после нажатия кнопки «Расчет Т1(Трац) и Р1(Трац)» и сохраняются.

Программное обеспечение АСП было использовано для оценки периодичности ТО устройства ППИ пульта ПУС стационарной радиостанции РС-46М. Полученные результаты совпадают с данными математического моделирования.

Таким образом, математическая и имитационная модели позволяют повысить точность определения периодичности ТО и тем самым повысить безопасность изделий технологической радиосвязи.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В ходе выполнения теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты и выводы:

1. Предложен способ определения рациональной периодичности технического обслуживания изделий технологической радиосвязи на основе выбранных кри-

териев — функционалов безопасности К6(Т) и безопасного технического использования К6т(Т).

2. Разработана математическая модель оценки безопасности, устанавливающая зависимость функционалов Кб(Т) и К6т11(Т) от основных влияющих факторов: внешних условий эксплуатации и свойств аппаратуры, технического обслуживания, квалификации обслуживающего персонала, ошибок диагностирования первого и второго рода, временных параметров проверки аппаратуры и устранения отказов.

3. Предложена методика определения исходных данных для математического моделирования показателей безопасности, где предложены способы заданий ФР времени перехода системы из одного состояния в другое. Уточнены законы распределения для соответствующих ФР. Предложен способ учета влияния ошибок ОП на безопасность технической системы. Определены параметры времени выполнения работ по ТО.

4. Модель реализована в пакете МаЛСАЭ и позволяет рассчитывать время пребывания изделий в 10 состояниях: работоспособном, защитном, опасного отказа, разрегулированном, скрытого отказа, ложного отказа, технического обслуживания исправной системы, восстановления системы: в защитном состоянии, разрегулированном и при скрытом отказе.

5. Анализ результатов вычислений в пакете МаШСАЭ находящегося в эксплуатации изделия радиосвязи показал, что для разработанной в работе модели количественной оценки безопасности с учетом разрегулировки и защитных отказов, уменьшилось рекомендуемое время рациональной периодичности ТО (7"рац). Точность определения численной оценки Т^ повысилась более чем в 1,5 раза по сравнению с моделью из восьми состояний.

6. Построена и реализована в пакете Ма11аЬ имитационная модель оценки безопасности на основе метода статистических испытаний Монте-Карло. Для обработки полученных оценок значений функционалов К6(Т) и К6п(Т) использовались метод скользящего среднего и полиномиальная аппроксимация четвертой степени, а также фильтр Савицкого-Голея и сглаживающая сплайн интерполяция.

7. Подтверждена адекватность имитационной модели математической путем сравнения дисперсии, обусловленной моделью, и остаточной дисперсии. Выполнена количественная и качественная оценка степени адекватности разработанной имитационной модели.

8. Разработаны алгоритмическое и программное обеспечение средств автоматизированного проектирования для определения оптимального значения периодичности технического обслуживания изделий технологической радиосвязи.

9. Определены количественные значения показателей безопасности одного из узлов радиостанции РС-46М стационарных пультов управления. На основе работы ПО математической модели и результатов АСП рекомендована рациональная периодичность технического обслуживания.

10. Программное обеспечение АСП количественной оценки безопасности внедрено в ОАО "ОПЗ им. Козицкого". Методика определения оптимальных сро-

ков технического обслуживания внедрена в Омский региональный центр связи (РЦС-1) Новосибирской дирекции связи Центральной станции связи (ЦСС) - филиала ОАО «РЖД»

Основные публикации по теме диссертации:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

]. Копытов Е.Ю. Повышение безопасности изделий технологической радиосвязи на основе оптимизации сроков их технического обслуживания [Электронный ресурс] / Е.Ю. Копытов, С.С. Лутченко // Инженерный Вестник Дона. - 2012. — № 1.-Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/nly2012/655/

2. Копытов Е.Ю. Оценка периодичности профилактического обслуживания технических систем на основе модели полумарковского процесса [Текст] / Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, №2 (24), ч. 2 / Томск: Изд-во ТУСУР, 20И.-С. 300-305.

3. Копытов Е.Ю. Определение рациональной периодичности технического обслуживания систем связи с подвижными объектами [Текст] / A.A. Любченко, Е.Ю. Копытов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, №1 / Москва: Изд-во «Научтехлитиздат», 2012. - С. 20-24.

4. Копытов Е.Ю. Концептуальная модель процесса эксплуатации систем автоматики и связи с учетом ошибок диагностирования первого и второго рода [Текст] / A.A. Любченко, Е.Ю. Копытов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока, Вып. 2 / Новосибирск: Изд-во НГАВТ, 2011. - С. 247-250.

5. Копытов Е.Ю. Количественный анализ ошибок диагностирования в моделях процессов технического обслуживания радиоэлектронной аппаратуры [Текст] / Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии, №1(107) / Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - С. 313-318.

6. Копытов Е.Ю. Направляющие линии поездной радиосвязи [Текст] / В. М. Рогилев, В. В. Зайцев, Е.Ю. Копытов // Автоматика, связь, информатика / Москва, 2011.-№ 5.-С. 20-21.

В других изданиях:

7. Копытов Е.Ю. Моделирование процессов технического обслуживания радиостанций / Е.Ю. Копытов // Инновационные проекты и технологии в транспортной отрасли и промышленности: сборник научных статей аспирантов и студентов / ОмГУПС. - Омск, 2009. - С. 197-202.

8. Копытов Е. Ю. Моделирование процессов технического обслуживания радиостанций в среде AnyLogic / Е. Ю. Копытов, С. С. Лутченко // Известия Транссиба. - 2010. - №. 2(2). - С. 86-92 .

9. Копытов Е.Ю. Алгоритм имитационного моделирования процессов технического обслуживания элементов информационно-измерительных систем / A.A. Любченко, Е.Ю. Копытов // Математическое моделирование, численные методы и информационные системы / II Всерос. науч. - практ. конф. с междунар. участием. -Самара: Изд-воСАГМУ,2010.-С. 141-145.

10. Копытов Е.Ю. Количественный анализ эффективности процессов эксплуатации и техобслуживания систем радиосвязи методами функционального

моделирования / Е.Ю. Копытов, С.С. Лугченко, А.А Любченко // Инновации для транспорта / Науч. - технич. конф. с междунар. участием. - Омск: Изд-во Ом-ГУПС, 2010. Часть 1.-С. 254-258.

11. Копытов Е.Ю. Оптимизация процессов технического обслуживания устройств радиосвязи с применением имитационного моделирования / Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко // Ресурсосберегающие технологии на Западно-Сибирской железной дороге: матер, науч.-техн. конф. / ОмГУПС. - Омск, 2010. - С. 135-138.

12. Копытов Е.Ю. Система автоматизированного проектирования технических средств автоматики, телемеханики и связи с учетом периодичности технического обслуживания на этапе их последующей эксплуатации / Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко // Инновационные проекты и новые технологи для транспортного комплекса: матер. V науч. - техн. конф. / ОмГУПС. - Омск, 2011. - С. 200-206.

13. Копытов Е.Ю. Организация рационального технического обслуживания систем поездной радиосвязи / Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: матер. Всерос. Междунар. науч. - техн. конф ! ОмГУПС. -Омск, 2011.-С. 332-336.

14. Копытов Е.Ю. Автоматизация проектирования технических систем с учетом периодичности обслуживания на этапе их последующей эксплуатации [Текст] / C.B. Бартош, Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве AS'2011 / VIII Всерос. науч. - прак. конф. - Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2011.-С. 190-195.

15. Копытов Е. Ю. Количественная оценка безопасности сложного радиоэлектронного оборудования / Е.Ю. Копытов II Неделя науки СПбГПУ: Междунар. науч. - прак. конф. - Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2011. - С. 80-81.

16. Копытов Е.Ю. Оценка внутренней безопасности устройств технологической радиосвязи / Е.Ю. Копытов, A.A. Любченко, С.С. Лутченко // Инновационные проекты и новые технологи для транспортного комплекса: матер. VI науч. -прак. конф. / ОмГУПС. - Омск, 2012. - С. 308-313.

17. Копытов Е.Ю. Повышение безопасности изделий технологической радиосвязи с учетом основных влияющих факторов / Е.Ю. Копытов // Наука и техника в современном мире: матер. Междунар. науч. - прак. конф. - Новосибирск, 2012. -С. 81-85.

Подписано в печать 10.01.2013. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.п.л. 1,25. Уч.-изд.л. 0,7. Тираж 100 экз. Тип.зак. 03 Заказное

Отпечатано на дупликаторе в полиграфической лаборатории кафедры «Дизайн и технологии медиаиндустрии» Омского государственного технического университета 644050, Омск-50, пр. Мира, 11