УДК 69.002.5

Методика оценки надежности строительной машины как сложной восстанавливаемой системы с помощью теории массового обслуживания (ТМО)¹

Репин Сергей Васильевич – доктор технических наук, профессор кафедры Наземных транспортно-технологических машин Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Зазыкин Андрей Вячеславович – кандидат технических наук, доцент, декан Автомобильно-дорожного факультета Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Кумов Дмитрий Владимирович – студент кафедры Наземных транспортно-технологических машин Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Аннотация: Статья посвящена описанию теории массового обслуживания строительных машин и систем в качестве методики оценки надежности. Методика основана на рассмотрении комплекса элементов машин как системы массового обслуживания с расчетными вероятностями. Рассмотрение результата теории массового обслуживания для внедрения в принцип обслуживания строительных систем.

Ключевые слова: надежность, транспортное средство, технический объект, отказ, вероятность восстановления.

Теория массового обслуживания есть наиболее целесообразный способ описания состояний машины и ее вероятности, исходящий из интенсивностях потоков восстановлений μ_i(t) и отказов λ_i(t) [1].

Необходимо вывести полный показатель надежности технического объекта, то есть – выражение теоретического коэффициента готовности [2]. Неплановый ремонт предназначен для устранения отказа отдельного элемента машины, которая собой составляет комплекс данных элементов [3]. Машина последовательно, но в случайный момент времени способна из состояния исправности (S₀) переходить в состояние отказа каждого ее элемента (S₁, S₂,..., S_n) [3]. Случайной величиной в неплановом ремонте также является время простоя, которое зависит от наличия запасных частей, характера поврежденных элементов и т. п. Однако машину возможно представить в качестве системы массового обслуживания (СМО) лишь в том случае, если принять поток восстановлений и отказов простейшими [4]. Система массового обслуживания представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Граф состояний машины как сложной восстанавливаемой системы.

Для установившегося режима граф СМО можно описать уравнениями:

– P₀λ₁ + Q₁μ₁ = 0;

– P₀λ₂ + Q₂μ₂ = 0;

…

– P₀λ_n + Q_nμ_n = 0;

P₀ + Q₁ + Q₂ + ... + Q_n = 0,

где P₀, Q₁, Q_n – вероятности нахождения системы в исправном состоянии (ноль отказов) и с отказом первого элемента, с отказом n-го элемента; λ_1…n и μ_1…n – соответствующие интенсивности потоков отказов и восстановлений.

Возможно выразить вероятности всех состояний:

,      (1)

где Р₀, Q_i – вероятности нахождения машины в исправном состоянии (ноль отказов) и с отказом i-го элемента.

Второе выражение будет соответствовать коэффициенту готовности только, если учитывать внезапные отказы, которые переводят машину в состояние неработоспособности

Интенсивности потоков отказов и восстановлений элементов определяется величинами, обратными среднему времени соответственно наработки на отказ и простоя в ремонте [5].

В таблице 1 приведен расчет вероятностей состояний систем экскаватора ЭО-4225, которые были выполнены на основании данных эксплуатации в 2007-2016 гг. (рисунок 2).

Таблица 1. Расчет вероятностей состояний систем экскаватора.

Рисунок 2. Вероятности отказов систем экскаватора.

Отказ гидросистемы наиболее вероятен, если исходить из приведенных расчетов. В дальнейшем необходимо провести анализ вероятностей состояний всех последующих уровней (см. рисунок 1). Таким образом можно установить вклад отдельных узлов в общую надежность машины и принять меры по корректировке периодичности замен узлов.

Заключение

Теория массового обслуживания строительных машин и систем позволяет проследить связь между периодическими отказами комплексной системы и отдельными узлами и элементами машины. Отчего возможен новый подход к обслуживанию комплексов, требующий лишь корректировки периодичности замены деталей, вероятность отказа которых высока.

Список литературы

1. Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания – М.: Советское радио. – 1971. – 520 с.
2. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения.
3. МДС 12-13.2003, (2003). Механизация строительства. Годовые режимы работы строительных машин. МДС 12-13.2003. – М.: ЦНИИОМТП. – 2003. – 28 с.
4. Репин С.В. (2017, 1). Надежность и эффективность эксплуатации транспортно-технологических машин / Репин С.В., Евтюков С.А., Зазыкин А.В., Рулис К.В. – СПб, Издательский дом «Петрополис». – 2017 - 404 с.
5. МДС 12-8.2007, (2007). Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин. МДС 12-8.2007. – М.: ЦНИИОМТП. – 2007. – 61 с.

---

¹ Статья написана при финансовой поддержке выполнения научно- исследовательских работ научно-педагогическими работниками управлением научной работы СПбГАСУ в 2023 году.