Концепция испр. А и АЛС / Приложение № 7 без рис

Приложение № 7

Методы обеспечения надежного функционирования систем управления и безопасности движения

Повышение качества производства и эксплуатации систем

Как показывает практика зарубежных железных дорог, ответственность за состояние инфраструктуры несет эксплуатирующая организация (у нас это ОАО “РЖД”), а её техническое обслуживание осуществляется на принципах аутсорсинга, поскольку это наиболее экономически эффективно. При этом на основе тендера выбирается одна организация для обслуживания протяженного участка дороги или дорог целого региона (по территориальному принципу). В качестве основного принципа технического обслуживания высокоскоростной линии – выбирается прогнозирование отказов. При этом задача заключается в том, чтобы заранее выявить слабое место в системе или конструкции и предотвратить его развитие до опасного состояния.

Однако, если экономические и юридические аспекты данной проблемы инвариантны относительно конкретной страны, то в технической и организационной сферах могут быть отличия, и зарубежный опыт механически перенести на Российские железные дороги вряд ли удастся. В этой связи несколько слов следует сказать об особенностях топологии железных дорог России и ее отличиях от топологии железных дорог Европы. Есть принципиальная разница между разветвленной сетью железных дорог в европейской части России и протяженной линейной их структурой в ее азиатской части.

Комплексным показателем, принятым для характеристики надежности технических устройств и систем, является коэффициент готовности. В нашем случае это – вероятность того, что в любой момент времени аппаратура ЖАТ на целом участке, например, Москва - Санкт-Петербург, работоспособна, поскольку из-за загруженности хода можно считать, что в данном случае в любом месте может оказаться поезд, то есть вся аппаратура участка должна быть одновременно работоспособна. Данная модель применима для основных достаточно загруженных направлений. Для направлений малодеятельных она будет иметь несколько большую погрешность.

Если участок разделен на несколько подучастков, например три, то вероятность безотказной работы аппаратуры на всем участке определяется как произведение вероятностей независимых событий работоспособности аппаратуры ЖАТ на каждом подучастке. Далее допустим, что на каждом подучастке своя сервисная организация. Тогда естественно, чтобы получить коэффициент готовности например 0.99, мы должны предъявить каждой из них требование по коэффициенту готовности уже не 0.99, а 0.995, а поскольку эти подучастки обслуживают разные организации, то в договорных документах мы должны предъявить эти требования каждой организации, то есть не 0.99, что требуется на всем участке, а 0.995, чтобы с гарантией обеспечить 0.99 на всем участке. Это приводит к тому, что мы имеем три договора с повышенными требованиями, вместо одного с требованием 0.99, что автоматически приводит к увеличению эксплуатационных затрат. Именно из-за этих соображений эффективней иметь одну систему на всем участке, например Москва - Санкт-Петербург и одну обслуживающую ее организацию. Такая простая математическая схема показывает целесообразность, с одной стороны, унификации технических средств в пределах дороги или одного главного хода, а с другой стороны, показывает целесообразность на достаточно крупном участке, как Москва – Санкт-Петербург, или в пределах административной единицы - железной дороги иметь одну организацию, обеспечивающую техническое обслуживание аппаратуры ЖАТ.

Согласно ГОСТ 27.002–89, для установившегося стационарного режима для участка большой протяженности и для большого промежутка времени коэффициент готовности рассчитывается по формуле:

Кг=Тн/(Тн+Тв),

т.е. как отношение средней наработки на отказ к сумме средней наработки на отказ и среднего времени восстановления. На практике, как правило, значение коэффициент готовности вычисляется путем отношения времени работоспособности, скажем, в пределах года, к общему количеству часов в году. Коэффициент готовности зависит от двух частных показателей надежности. Наработка на отказ характеризует надежность технических средств и косвенно - качество проведенного технического обслуживания. Если техническое обслуживание проведено в рамках нормативных инструкций, то фактически наработка на отказ характеризует надежность аппаратуры. Среднее время восстановления характеризует эффективность работы системы технического обслуживания, то есть быстроту ремонта. Из этой формулы видно, что высокий коэффициент готовности можно обеспечить большим временем наработки на отказ, тогда можно поступиться временем восстановления. То есть отказы бывают редко, то в принципе восстанавливать их можно и долго, однако наработка на отказ современных устройств, которые выпускает наша промышленность, как показывает практика, не в полной мере отвечают современным требованиям.

На основе результатов анализа причин отказов устройств ЖАТ, полученных в результате физико-технического анализа отказавших элементов за последние 5 лет, было установлено, что наиболее часто встречающейся причиной отказа является отказ комплектующих элементов, то есть электронной компонентной базы. В этом направлении по заданию Департамента автоматики и телемеханики уже разработан ряд нормативных документов, часть которых выслана на дороги, это – «Перечень электрорадиоизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры СЦБ»; «Положение о порядке поставки заводам-изготовителям аппаратуры СЦБ элементной базы и комплектующих изделий»; «Решение о порядке использования электрорадиоизделий общего военного применения в аппаратуре СЦБ ОАО «РЖД». В целом путь решения проблемы качества ЭКБ - построение системы сертификации электронной компонентной базы, использующейся для производства и ремонта аппаратуры ЖАТ. Именно к такому выводу пришел и научно-технический семинар, который был проведен Департаментом на базе ВНИИАС в августе 2005 года с привлечением ведущих специалистов и организаций России в данной области.

Второй по частоте появления причиной отказов является дефект изготовления. Здесь путь один, это – размещение производства аппаратуры ЖАТ только на предприятиях, которые имеют систему менеджмента качества, реально соответствующую стандарту ГОСТ Р ИСО 9001:2001.

В настоящее время ВНИИАС МПС России силами Центра разработки микропроцессорных систем автоматики (ЦРМСА) проводит предусмотренную указанием МПС от 04.14.2001 г. М-1900у работу по повышению качества и надежности аппаратуры ЖАТ на всех этапах ее жизненного цикла на основе системного подхода (рис.П7.1).

В рамках этой работы проводится комплексный анализ отказов и отказавших элементов аппаратуры ЖАТ с целью установления и доказательства объективных причин отказов, а также разработки эффективных мер по их устранению. Одновременно осуществляется научно-техническое сопровождение программ перевооружения и выпуска аппаратуры ЖАТ на электротехнических заводах ОАО «РЖД», направленное на повышение эффективности инвестиций и качества выпускаемой продукции, в том числе за счет внедрения международных стандартов серии ИСО 9000 при организации производства и систем качества, а также военных стандартов при выпуске указанной аппаратуры. Разработаны и сертифицированы в конце 2005 года системы менеджмента качества 7 из 8 заводов (кроме СПб ЭТЗ).

На момент начала этих работ в 2001 году электротехнические заводы МПС практически не имели современных технологий производства электронной, в том числе микропроцессорной, аппаратуры, в то время как работающие на рынке Российских железных дорог оборонные предприятия обладали этими технологиями и оборудованием с конца 80-х годов.

За истекший период электротехнические заводы ОАО «РЖД» значительно подняли уровень электронного производства (рис.П7.2), однако для достижения мирового уровня, соответствующему пятому технологическому укладу, требуются еще несколько лет и соответствующие финансовые вложения.

Поэтому, несмотря на принимаемые меры, качество выпускаемой аппаратуры ЖАТ остается недостаточным, в первую очередь из-за неритмичности технологического процесса и низкого качества используемых ПКИ и для высоконадежной продукции приоритет следует отдавать предприятиям с современной технологией изготовления изделий.

Анализ причин отказов аппаратуры ЖАТ показывает, что более 40% из них вызваны отказами покупных комплектующих изделий (ПКИ), среди которых половина - дефектами изготовления ПКИ.

Поэтому в настоящее время особую актуальность приобретают разработка и внедрение комплекса мер и нормативных документов направленных на повышение качества и надежности электронной компонентной базы ЖАТ. Эта работа должна базироваться на системном подходе к обеспечению надежности современной радиоэлектронной аппаратуры и использовании опыта родственных отраслей промышленности, в первую очередь, Министерства обороны и ракетно-космического агентства.

Такой подход подразумевает создание современной надежностно-ориентированной технологии обращения электронной компонентной базы, комплектующей аппаратуру ЖАТ, которая гарантировала бы сохранение уровня надежности и качества, потенциально заложенных в современные перспективные микроэлектронные изделия как отечественного, так и зарубежного производства.

Для недопущения отказов аппаратуры ЖАТ по вине ПКИ были разработаны и разрабатываются нормативные документы, перечень которых приведен в приложении и при выполнении требований которых подобные отказы исключаются.

Однако требования перечисленных документов на предприятиях-изготовителях аппаратуры СЦБ далеко не всегда соблюдаются.

Для обеспечения возможности применения ЭРИ повышенной надежности в особо ответственной аппаратуре ЖАТ было выработано Решение о порядке использования электрорадиоизделий общего военного применения в аппаратуре сигнализации, централизации и блокировки ОАО «Российские железные дороги» от 22.12.2004 г., которое разрешает применять ЭРИ в приемкой 5 в аппаратуре ЖАТ в соответствии с установленным в Министерстве обороны порядком.

С целью увеличения срока службы и обеспечения надёжности аппаратуры ЖАТ необходимо применять при ее разработке, модернизации и серийном выпуске ПКИ повышенной надежности отечественного и зарубежного производства, прошедшие необходимые дополнительные испытания, специальные проверки и поставляемые аттестованными поставщиками под контролем заказчика, как правило, централизованно.

Кроме того, необходимо ввести перечисленные документы в действие в ремонтных и эксплуатирующих организациях с целью обеспечения качества и надежности ПКИ, используемых в качестве запасных частей при ремонте аппаратуры ЖАТ.

И третья причина отказов, которая имеет место, это - схемные решения. Бывает, что схемные решения недостаточно проработаны и элементы, которые стоят на печатных платах, в ряде случаев, в том числе вызванных сложной электромагнитной обстановкой функционирования устройств ЖАТ на линии, попадают в предельные или даже запредельные режимы, что приводит к более ранним их отказам, тем более что часто используются неполные аналоги элементов, которые сняты или снимаются с производства. Процесс согласования замены таких компонентов чаще всего не выполняется, хотя и здесь мы пытаемся навести и наводим определенный порядок, внедряя общепринятую процедуру согласования и обоснования такой замены, поскольку на практике заводы находят замену не всегда адекватную, и это еще усугубляет ситуацию, то есть экспертиза схемных решений и упорядочивание процедуры замены одних элементов на другие при производстве аппаратуры ЖАТ, тоже позволит обеспечить увеличение времени наработки на отказ. Даже не важно, какая она в ТУ, важно какая она в реальности, она должна быть не меньше той какая в ТУ.

Указанные выше мероприятия, по трем направлениям позволят повысить реальную наработку на отказ, в том числе за счет их реализации при техническом обслуживании и ремонте аппаратуры на местах.

Другой мерой, за счет которой можно увеличить коэффициент готовности, является снижение среднего времени восстановления, потому что, в принципе, наработку на отказ можно повысить многократным резервированием, дублированием, но это естественно приведет к резкому удорожанию аппаратуры. Этот путь - экстенсивный и в настоящий момент не оправдан. Именно создание системы технического обслуживания, на принципах аутсорсинга позволяет оптимально построить систему технического обслуживания и ремонта аппаратуры ЖАТ, на основе оптимизации размещения, оснащения и снабжения ЗИПом ремонтных подразделений.

Из простой формулы

Т_В = Т₀ +Т_П +Т_Р

видно из чего складывается время восстановления, это – время обнаружения отказа Т₀, время подъезда к месту отказа Т_П и, соответственно, время ремонта Т_Р, то есть устранения отказа. Следует отметить, что современная микропроцессорная система позволяет осуществлять удаленный и непрерывный мониторинг, а одним из основных путей сокращения среднего времени восстановления является раннее обнаружение предотказного состояния. Время, которое в среднем проходит от предотказного состояния до отказного – есть тот резерв, который позволяет дать систему удаленного мониторинга. При этом помимо использования диагностических возможностей удаленного мониторинга, целесообразно осуществлять статистическое прогнозирование поведения коэффициента готовности отдельных участков и подсистем с использованием информации АСУ, что позволит оперативно выявлять слабые на текущий момент звенья и прогнозировать время их последующего отказа.

Кроме того, необходимо использовать оптимальное построение, размещение и оснащение ремонтных подразделений.

Одним из основных требований стандартов ИСО 9000 является требования документирования процедур процессов управления качеством. Применительно к технологическому процессу обращения электронной компонентной базы это требование предполагает создание нормативной базы, регламентирующей порядок ее применения ЭКБ в системах безопасности. При этом основной упор делается на качество документов с тем расчетом, чтобы после вступления России в ВТО, они позволили защищать ОАО «РЖД. Последнее обстоятельство объясняет заметную взаимосвязь разработанных стандартов как с отечественными комплексами стандартов «Мороз-6» и «Климат-7», так и зарубежными (США и страны НАТО) MIL-883 и MIL-HDBK-217F, что позволяет использовать их не только на заводах отрасли, но и на других заводах, включая зарубежные.

Таким образом, улучшение управляемости технологического процесса обращения электронной компонентной базы на всех этапах жизненного цикла аппаратуры автоматики и телемеханики в соответствии с требованиями стандартов ИСО 9000, обеспечивающее дальнейшее совершенствование систем безопасности и одновременно дающее существенное сокращение финансовых затрат и правовую охрану интеллектуальной собственности в части касающейся применения сертифицированной элементной базы, может быть достигнуто на основе создания комплексов стандартов, регламентирующих порядок применения элементной базы и сертификации технологий на дочерних предприятиях ОАО «РЖД» и на предприятиях, поставляющих в компанию высокотехнологичную продукцию.

При этом общий учет постановки производства и выполнение требований нормативных документов на всех этапах жизненного цикла изделий должен производиться специализированным экспертным подразделением компании.

Повышение качества и надежности аппаратуры железнодорожной автоматики возможно только при обеспечении контроля на всех этапах ее жизненного цикла и системного подхода при мониторинге технического состояния и условий эксплуатации.

Системный подход предполагает:

- проведение комплексного анализа отказов, отказавших узлов и элементов;

- объективное установление и подтверждение фактических причин отказов;

- разработки практических мер по их устранению, включая конструктивные и технологические;

- проведение комплексного анализа условий эксплуатации и технологии ремонта;

- научно-техническое сопровождение системы мониторинга с целью устранения конструктивных, технологических причин отказов и определения новых технических решений повышения надежности устройств;

- разработку инвестиционных программ перевооружения производства, в том числе внедрения международных стандартов серии ИСО 9000 при обеспечении производства и создании на предприятии систем качества;

- разработку нормативных документов, определяющих требования к качеству компонентной базы, применяемой при создании, модернизации и ремонте аппаратуры (табл.П7.1);

- решение вопросов применения при изготовлении, модернизации и ремонте компонентной базы повышенной надежности, прошедшей необходимые испытания и специальные проверки, поставляемой производителями или централизованно аттестованными поставщиками под контролем заказчика.

Таблица П7.1

№ п/п	Нормативные документы, определяющие повышение надежности технических средств
1	РД Перечень электрорадиоизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры СЦБ РД РДЖ 04.12 - 2004
2	РД Положение о Перечне электрорадиоизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки РД РДЖ 04.08 - 2004
3	РД Положение о порядке поставки электрорадиоизделий заводам изготовителям аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки РД РЖД 04,07 - 2004
4	РД Положение о порядке применения электрорадиоизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки РД РДЖ 04.09 - 2004
5	РМ Положение о порядке комплектации электрорадиоизделиями серийно выпускаемой по заданию Департамента автоматики и телемеханики аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки РМ РДЖ 04.10 - 2004
6	РТМ Методическое обеспечение централизованного тотального входного контроля, дополнительных испытаний и специальных исследований, комплектующих серийно выпускаемую и разрабатываемую по заданию Департамента автоматики и телемеханики аппаратуру сигнализации, централизации и блокировки РТМ РДЖ 04.11 - 2004
7	СТО ОАО «РЖД» Электрорадиоизделия. Порядок комплектации электрорадиоизделиями серийно выпускаемой и разрабатываемой радиоэлектронной аппаратуры железнодорожного транспорта СТО РЖД 04.15 -2005
8	СТО ОАО «РЖД» Электрорадиоизделия, применяемые при серийном выпуске радиоэлектронной аппаратуры железнодорожного транспорта. Правила проведения централизованного входного контроля и специальных исследований СТО РЖД 04.16 -2005

Переход к высоконадежным системам уже сегодня возможен при пересмотре нормативной документации (ТУ на изделия) увеличения их гарантийного срока обслуживания.

В результате анализа отказов за 2005г. можно уверенно утверждать, что на настоящий момент аппаратура систем безопасности в части надежности отвечает всем требованиям ТЗ и ТУ. Статистика отказов КЛУБ-У (0,50 отказа на 1 млн. км пробега) свидетельствует о том, что надежность КЛУБ-У в настоящий момент составляв 23150 часов, что несколько превышает показатель Технических условий, равный 20000 часов. Однако этот показатель как по системе КЛУБ-У (20000 часов), так и тем более по другим системам (САУТ-ЦМ/485, ТСКБМ -10000 часов) естественно должен быть существенно повышен.

Оправдано требование повышения нормативов наработки на отказ для этих изделий в 1,5 ÷ 2 раза.

При любых мероприятиях по повышению надежности необходимо четко осознавать, что изначально они всегда будут затратными, а окупаемость реализуется через определенный промежуток времени.

Исходя из вышеизложенного, и с учетом ценовой политики, ОАО «РЖД», все мероприятия по повышению надежности систем безопасности можно условно разбить на несколько этапов.

1. На настоящий период с существующими системами:

- проводить работу с заводами-изготовителями по корректировке СТП предприятий в части осуществления более тщательного контроля за проверкой качества комплектующих изделий;

- постоянно проводить организационно-технические мероприятия по содержанию существующего парка локомотивов в соответствии требованиям ОАО «РЖД» в части бортового питания;

- повысить устойчивость работы систем безопасности путем защиты от воздействия помех по входным цепям, цепям питания и сопряжения с бортовыми локомотивными устройствами путем установки дополнительных фильтрующих устройств;

- применять в системах безопасности программную защиту от воздействия помех.

2. На долгосрочный период, с учетом создания интегрированной системы безопасности и управления движением локомотива:

- создать унифицированный интерфейс сопряжения с цепями измерения параметров локомотива и тем самым существенно сократить количество используемых датчиков;

- разработать единую электронную базу данных для применения в этой системе;

- производить обязательный контроль всех элементов системы на степень устойчивости к мешающему воздействию внешних электромагнитных помех.

2. Техническая и технологическая база эксплуатации и ремонта

Развитие технической и технологической базы эксплуатации и совершенствования системы ремонта железнодорожного подвижного состава с учетом его фактического технического состояния для обеспечения уровня заданной

надежности и повышения эффективности ремонтного производства предусматривает решение следующих задач:

- обоснование необходимости внесения изменений в систему ремонта с учетом технического состояния основных узлов и оборудования;

- установление критериев выбора, разработка классификации средств диагностики и разработка методики количественной оценки потребности в средствах технического контроля технического состояния основных узлов и оборудования;

- разработка методики для оценки достоверности результатов диагностирования основных узлов и оборудования;

- обоснование методов и разработка алгоритмов для принятия решения о выполнении ремонта с учетом технического состояния и вероятностного характера факторов, воздействующих на технические средства в эксплуатации;

- разработка методики мониторинга системы эксплуатации и ремонта с применением средств технической диагностики и прогнозирования ресурса;

- создание опытных образцов контрольно-диагностических средств определения фактического технического состояния технических средств, регистрации, обработки и мониторинга получаемой информации.

Современная система ремонта, основанная на мониторинге состояния технических средств, должна обеспечивать предупреждение отказов и ускоренного износа, поддержание технических характеристик на заданном уровне, обеспечение назначенного ресурса.

Применение диагностических систем имеет возможность дальнейшего развития и совершенствования за счет расширения функциональных возможностей и разработки новых программных средств.

Оценка интенсивности износа, прогнозирование остаточного ресурса оборудования подвижного состава обеспечивает процесс управления эксплуатацией и ремонтом подвижного состава.

Появляется возможность воздействовать на повышение надежности узлов при их изготовлении.

Не останавливаясь на теории и результатах многочисленных исследований в области природы и механизмов износа оборудования, факторов, влияющих на условия износа, вопросов увеличения долговечности, решается комплекс задач, позволяющих на основе применения средств технической диагностики совершенствовать систему ремонта подвижного состава с учетом фактического состояния.

При этом используется принцип - «что измеряемо - то управляемо» и решаются задачи:

- численного определения различных видов износа, прогнозирования остаточного ресурса с применением современных информационных технологий;

- выработки аргументированных рекомендаций по срокам замены, ремонта, восстановления изношенных узлов и деталей;

- разработки, на основе применения средств вычислительной техники, диагностических комплексов, учитывающих совокупность случайных величин, зависящих от множества непрерывно изменяющихся условий и параметров влияния.