Russian Federation
RUDN University
Moscow, Moscow, Russian Federation
employee from 01.01.2012 until now
Russian Federation
A set of spare parts and its purpose is considered. A review of the limitations and assumptions of the existing methods for calculating spare parts. The impossibility of applying existing methods for a specific case is shown. Modern approaches to solving the issue of calculating spare parts sets are presented.
set of spare parts, sufficiency indicators, reliability indicators, reliability model
- Введение
Использование запасных частей, инструментов и принадлежностей (ЗИП) сводится к восстановлению работоспособности изделий путём замены отказавших частей работоспособными запасными частями.
Государственный стандарт [1] выделяет два направления в назначении комплектов ЗИП:
– обеспечение безотказности изделий;
– обеспечение ремонтопригодности изделий (проведение технического обслуживания, ремонта) путём бесперебойного и гарантированного удовлетворения запросов на запасные части.
В зависимости от назначения комплекта ЗИП обычно рассматривают два критерия расчёта и оптимизации запасов: критерии показателей достаточности и критерии надёжности.
Иногда [2] выделяется также ещё и экономический критерий (минимизация затрат или максимизация прибыли) в рамках теории запасов.
2. Ограничения и допущения действующих методик расчёта ЗИП
2.1. В основе действующих методик [1, 3] лежат математические модели, построенные на коррекции расчёта надёжности изделия, снабжённого неограниченным комплектом ЗИП. Задача учёта ЗИП при оценке надёжности сводится к декомпозиции задачи вычисления показателей достаточности (ПД):
– на первом этапе на основе данных об изделии определяются параметры потоков заявок в комплекты ЗИП на каждый тип запасной части (ЗЧ). Для каждого типа ЗЧ выбирают стратегию пополнения. На основе этих данных вычисляют значение ПД для каждого типа ЗЧ, а затем для комплекта ЗИП в целом;
– на втором этапе проводят оптимизацию комплекта ЗИП по выбранному критерию.
В государственном стандарте [1] одним из таких критериев является требование к надёжности изделия. В этом случае ПД используются для коррекции параметров модели надёжности системы. Для этого выбирают модель надёжности системы, восстановление которой обеспечивается путем ремонта с неограниченным числом запасных частей. Далее проводят расчёт показателей надёжности (ПН) при скорректированных параметрах модели. Полученные значения должны удовлетворять требованиям к надёжности изделия.
2.2. Главным допущением является применение экспоненциального закона распределения для продолжительности безотказной работы.
К достоинствам экспоненциального распределения следует отнести:
– хорошо описывает надёжность техники в период нормальной эксплуатации, когда преобладают внезапные отказы. Физической природой таких отказов является резкая концентрация нагрузок, действующих внутри и вне устройства. Внезапные отказы носят случайный характер. Случайность возникновения внезапных отказов проявляется в том, что события происходят неожиданно и нерегулярно, и сопровождаются резким изменением одного или нескольких параметров объекта [4]. Такие изменения являются следствием стечения неблагоприятных обстоятельств, например: необнаруженные внутренние дефекты, нарушение режимов работы или ошибки обслуживающего персонала. У внезапных отказов обычно отсутствуют видимые признаки их приближения, поэтому предсказать их невозможно;
– простота и удобство модельных свойств экспоненциального распределения: зависимость только от одного параметра (λ(t) – интенсивность отказов). Для периода нормальной эксплуатации в достаточно большие и приблизительно равные промежутки времени внезапные отказы повторяются с одинаковой интенсивностью, т.е. λ=const [4];
– позволяет получить нижнюю оценку показателей надёжности на параметрах, не превышающих среднее её значение.
Недостатками данного закона, или ограничениями для его применения, являются:
– необходимость того, чтобы потоки отказов и восстановлений были простейшими, т.е. обладали свойствами ординарности, стационарности, отсутствием последействия [5];
– данный закон распределения неприменим и к сложным техническим системам, так как интенсивность отказов сложной системы в общем случае не является постоянной, даже если интенсивности отказов её элементов постоянны. Это может обуславливаться неоднородностью работы элементов и наличием последействий отказов.
2.3. Расчётные соотношения в действующих методиках [1, 3] построены на следующих допущениях:
– отсутствие резервных элементов;
– интенсивность отказов запасных элементов при хранении пренебрежимо мала по сравнению с интенсивностью отказов основных элементов λхр≤λ/10.
Однако, перечисленные достаточно жёсткие допущения позволяют получить аналитические формулы расчёта ПД для различных стратегий пополнения.
- Анализ применения действующих методик
Подход (декомпозиция задачи вычисления ПД), описанный в п. 2.1, имеет свои достоинства и недостатки.
К основным достоинствам данного подхода можно отнести [6]:
– разделение сложной задачи на две более простых;
– возможность использования теории восстанавливаемых систем при неограниченном восстановлении.
Однако такой методический приём является приближенным [6, 7, 8], а соответственно содержит методическую погрешность. Это выражается в том, что оценка показателей надёжности (ПН) в большинстве случаев оказывается либо завышенной, либо заниженной. В первом случае на выходе мы имеем избыточный запас (а это дополнительные экономические расходы); во втором – запас получается недостаточным для удовлетворения требований надёжности, что приводит к простоям изделий, оснащённых ЗИП.
В рамках такого подхода представляется более корректным в техническом задании (ТЗ) на разработку изделия, для которого предусмотрен комплект ЗИП, задавать как требования к надёжности изделия, так и требования к ПД комплекта ЗИП [6]. Это связано с тем, что нормативные значения ПД должны рассчитываться исходя из требований к надёжности. Однако следует отметить, что не для всех ПН изделия можно вывести требования для ПД комплекта ЗИП (например, невозможно связать ПД и среднюю наработку до отказа T0). В этом случае при расчёте комплекта ЗИП приходится задавать требуемые значения ПД самостоятельно, но при этом теряется связь с ПН изделия.
В настоящее время широко используются два ПД: коэффициент готовности 
и среднее время задержки 
. Их связь с ПН изделия принято устанавливать следующим образом [1]:
|
|
(1), |
|
|
(2). |
Формула (1) применима только к изделиям без резервирования, а также к изделиям, ПН которых является
. Для изделий с резервированием учёт ЗИП проводят путём коррекции среднего времени восстановления по известному значению ПД комплекта ЗИП (2).
Так, по действующей методике проводился расчёт комплекта ЗИП-Г для изделия МСП-418К – малогабаритная станция помех (рис. 1). Изделие является современным радиоэлектронным средством защиты самолетов тактической авиации семейства МИГ-29 на основе технологии DRFM (Digital Radio Frequency Memory – цифровая радиочастотная память). Изделие спроектировано по блочно-модульному принципу с открытой архитектурой и распределённой вычислительной системой.
В ТЗ на изделие заложена необходимость создания комплекта ЗИП-Г, который рассчитан на обслуживание 10 изделий. Но при этом ПД и их нормативные значения не заданы.
Таким образом, для проведения расчётов в качестве заданного ПД был выбран коэффициент готовности . После проведения расчёта остался открытым вопрос: выполняется ли требование к заданному ПН изделия (в данном случае – наработка на отказ).
Стоит отметить, что если указывать наработку изделия с привязкой к календарному периоду эксплуатации (например: 500 ч наработки за год, или 200 ч наработки за три смены и т.д.), то указанный период эксплуатации логично использовать как параметр стратегии пополнения.
Ввиду того, что комплект ЗИП предназначен для повышения надёжности, либо поддержания на заданном уровне надёжности изделия, то необходимо учитывать ПН, заданные в ТЗ на изделие, при проектировании комплектов ЗИП. В государственном стандарте [9] имеются рекомендации по выбору ПН, которые должны задаваться при проектировании изделий в зависимости от их назначения. Поэтому ПН должен быть основным оцениваемым показателем изделия, а комплект ЗИП – одним из ресурсов его обеспечения.
Стоит отметить, что государственный стандарт [10] предусматривает периодическую корректировку комплектов ЗИП. Основанием для проведения корректировки может являться анализ статистических данных о фактическом расходе ЗЧ в процессе эксплуатации и ремонта изделий. Казалось бы, оценивая интенсивности отказов составных частей изделия по имеющейся статистике отказов, и пользуясь действующими методиками расчёта ЗИП, можно проводить обоснованную корректировку комплектов ЗИП. Однако для объектов ВТ, которые уже длительное время находятся в эксплуатации, необходимы достаточные основания для применения экспоненциального закона распределения.
- Учёт ЗИП в модели надёжности
Для устранения указанных недостатков можно использовать прямое включение комплекта ЗИП в модель надёжности изделия [8]. Это позволит устранить методическую погрешность, а также снимет проблему расчёта нормативных значений ПД. В этом случае ЗИП будет являться одним из ресурсов, предназначенных для повышения надёжности. Комплект ЗИП можно рассматривать как ненагруженный резерв, а модель надёжности строить с учётом:
– особенностей стратегий пополнения запасов;
– структуры обслуживаемой системы;
– структуры системы ЗИП;
– условий хранения запасов и др.
Также целесообразным представляется использование адаптивных моделей управления и прогнозирования ввиду того, что процессы расходования запасов являются случайными. Поэтому и характеристики комплектов ЗИП являются вероятностными и относятся к случайным событиям.
Заключение
Действующая методика, с учётом имеющихся ограничений и допущений, может применяться на ранних этапах проектирования для ориентировочных оценок ПД и расчётов комплектов ЗИП.
Прямое включение ЗИП в модель надёжности упростит проведение расчётов и одновременно позволит обеспечить надёжность восстанавливаемых и обслуживаемых в процессе эксплуатации изделий.
Корректировку комплектов ЗИП необходимо проводить в течение всего времени эксплуатации изделия. При этом, очевидно, что при эксплуатации в изделиях (и комплектах ЗИП) происходят деградационные процессы. Поэтому расчёт надёжности изделия, оснащённого ЗИП, необходимо проводить с учётом этих процессов. Одним из подходов в решении этой задачи может стать создание комплексной модели, основанной на оценке закона надёжности изделия и оптимизации комплекта ЗИП относительно заданного уровня надёжности изделия, а также использование адаптивных моделей управления и прогнозирования.
1. GOST 27.507. Nadezhnost' v tehnike. Zapasnye chasti, instrumenty i prinadlezhnosti. Ocenka i raschet zapasov. - Vved. 2017-03-01. - M.: Standartinform, 2016. - 50 s.
2. Tynynyka A.N. Opredelenie kolichestva zapasnyh elementov tehnicheskih sistem po chastote otkazov / A.N. Tynynyka // Tehnologiya i konstruirovanie v elektronnoy apparature. - 2018. - № 2. - S. 42-44.
3. RD V 319.01.18-98. Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie voennogo naznacheniya. Metodiki ocenki i rascheta zapasov v komplektah ZIP. - Vzamen RD V 50-503-84; vved. 1999-07-15. - 2000. - 59 s.
4. Shishmarev Yu.V. Nadezhnost' tehnicheskih sistem: uchebnik dlya stud. vyssh. ucheb.zavedeniy / V.Yu. Shishmarev. - M.: Izdatel'skiy centr «Akademiya», 2010. - 304 s.
5. Linvinenko R.S. Analiz ispol'zovaniya pokazatel'nogo raspredeleniya v teorii nadezhnosti tehnicheskih sistem / R.S. Litvinenko, R.G. Idiyatullin, A.E. Auhadeev // Nadezhnost' i kachestvo slozhnyh sistem. - 2016. - № 2 (14). - S. 17-22.
6. Churkin V.V. Ocenka i optimizaciya komplekta ZIP s pomosch'yu metoda statisticheskogo modelirovaniya / V.V. Churkin // Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbGPU. Informatika. Telekommunikacii. Upravlenie. - 2015. - № 2(217)-3(222). - C. 79-92.
7. Cherkesov G.N. O kriteriyah vybora komplektov ZIP / G.N. Cherkesov // Nadezhnost'. - 2013. - № 2. - S. 3-18.
8. Cherkesov G.N. Problema ZIP i zadacha formirovaniya novogo razdela teorii nadezhnosti vosstanavlivaemyh sistem / G.N. Cherkesov // Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbGPU. Informatika. Telekommunikacii. Upravlenie. - 2011. - № 6-1(138). - C. 136-153.
9. GOST RV 20.39.303. Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie voennogo naznacheniya. Trebovaniya k nadezhnosti. Sostav i poryadok zadaniya. - Vved. 1998-03-03. - M.: Gosstandart Rossii. - 32 s.
10. GOST RV 0015-705-2008. Sistema razrabotki i postanovki produkcii na proizvodstvo. Voennaya tehnika. Zapasnye chasti, instrumenty i prinadlezhnosti. - Vved. 2008-09-18. - M.: Standartinform, 2009. - 16 s.
