Оценка влияния показателей надежности на стоимость жизненного цикла технических систем

При разработке технической системы заказчик требует от поставщиков (разработчиков, производителей) обеспечения высокого уровня надежности, который впоследствии поддерживается адекватным техническим обслуживанием при ее функционировании в процессе эксплуатации. Надежность технической системы может быть спрогнозирована на основе данных функционирования аналогичных или модернизируемых технических систем, результатов испытаний прототипов и верификации их ремонтопригодности.

Информация о надежности технической системы очень важна на стадии концепции и разработки технического задания. По оценкам специалистов, приблизительно 70% стоимости жизненного цикла технической системы определяют после завершения разработки функциональных требований к ней. Критическая информация, используемая на стадии концепции и разработки технического задания, включает информацию об использовании технической системы, о конфигурации и сетевых интерфейсах системы, целях в сфере безотказности, о конкурентоспособности, а также хронологических данных об эффективности предыдущих моделей.

Для оценки технических систем по показателям надежности важной задачей является выбор номенклатуры показателей надежности. При выборе показателей надежности необходимо учитывать назначение, условия и режим работы, а также ремонтопригодность технической системы.

Показатели надежности подразделяются на пять основных групп (рисунок 5.2): показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также комплексные показатели надежности технических систем.

Рис. 5.2. Показатели надежности технических систем

К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы; среднюю наработку до отказа; среднюю наработку на отказ; гамма-процентную наработку до отказа; интенсивность отказов; параметр потока отказов. К показателям долговечности относят средний ресурс; гамма-процентный ресурс; назначенный ресурс; средний срок службы; гамма-процентный срок службы; назначенный срок службы.

К показателям ремонтопригодности относят вероятность восстановления работоспособного состояния; среднее время восстановления работоспособного состояния; интенсивность восстановления.

К показателям сохраняемости относят средний срок сохраняемости; гамма-процентный срок сохраняемости.

К комплексным показателям надежности относят коэффициент готовности; коэффициент оперативной готовности; коэффициент технического использования; коэффициент планируемого применения; коэффициент сохранения эффективности. Комплексный показатель надежности – показатель надежности, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта.

Выбор показателей надёжности необходимо осуществлять с учетом условий применения технических систем на следующих принципах:

- если по условиям применения техническую систему предполагается ремонтировать в процессе эксплуатации, то в качестве показателя надежности следует выбирать коэффициент готовности или коэффициент технического использования (комплексные показатели);

- если отказ технической системы или отдельных ее элементов приводит к невыполнению важных технологических задач, нарушает безопасность работы железнодорожного транспорта, вызывает угрозу здоровью и жизни людей, то для таких систем основными показателями надежности являются показатели безотказности;

- если в результате простоя технической системы вследствие отказа возникают большие материальные затраты, то она должна иметь хорошую ремонтопригодность и высокие показатели безотказности, минимальное среднее время восстановления после отказа.

Показатели надежности разделяются на две группы.

Для невосстанавливаемых объектов железнодорожного транспорта используются следующие показатели:

- вероятность отказа;

- частота отказов;

- вероятность безотказной работы;

- средняя наработка до отказа;

- интенсивность отказов.

Для восстанавливаемых объектов железнодорожного транспорта расчет производится по следующим показателям:

- средний срок службы;

- наработка на отказ;

- среднее время восстановления;

- параметр потока отказов;

- интенсивность потока отказов;

- комплексные показатели надежности: коэффициент готовности и коэффициент технического использования.

На рисунок 5.3 схематично показано влияние показателей надежности на затраты по эксплуатации и ремонту технических систем.

Рисунок 5.3. – Влияние показателей надежности на стоимость жизненного цикла на этапе эксплуатации

Влияние показателей надежности на стоимость жизненного цикла технических систем представляется значительным для учета при ее определении. Необходимый набор натуральных показателей определяется в зависимости от особенностей технической системы, её назначения и целей. Дифференциация показателей надежности позволяет сформировать алгоритм верификации в наиболее значимой их части, что будет способствовать формированию объективного экономического механизма оценки ответственности поставщиков за несоблюдение их нормативного значения.

Подтверждение соответствия показателей надежности требованиям нормативно-технической документации представляет собой экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик надежности технической системы на основе воздействия на нее при функционировании или в условиях смоделированных и приближенных к реальности.

В нормативной литературе выделяют следующие виды испытаний на надежность:

- определительные, т.е. испытания, проводимые для определения показателей надежности с заданными точностью и достоверностью;

- контрольные, т.е. испытания, проводимые для контроля показателей надежности;

- лабораторные, т.е. испытания, проводимые в лабораторных или заводских условиях;

- эксплуатационные, т.е. испытания, проводимые в условиях эксплуатации объекта;

- нормальные, т.е. лабораторные (стендовые) испытания, методы и условия проведения которых максимально приближены к эксплуатационным для объекта;

- ускоренные, т.е. лабораторные (стендовые) испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение информации о надежности в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях.

Требования к испытаниям определяются в виде допустимой постоянной интенсивности отказов или постоянного параметра отказов, т.е. допустимое среднее число учитываемых отказов в единицу времени, или как допустимая средняя наработка до отказа.

Все методы верификации показателей надежности основаны на одном из следующих критериев:

- допустимое число учитываемых отказов при заданной учитываемойпродолжительности испытания;

- допустимая продолжительность испытания при заданном числе учитываемых отказов.

Основываясь на изложенных принципах и критериях, формируют план испытаний на надежность технической системы, который представляет собой совокупность правил, устанавливающих объем выборки, порядок проведения испытаний, критерии их завершения и принятия решений по результатам испытаний.

Важнейшей характеристикой плана испытаний на надежность является объем испытаний на надежность, который определяет число испытываемых образцов, суммарную продолжительность испытаний в единицах наработки и число серий испытаний.

Верификация (verification) –подтверждение выполнения требований путем исследования и сбора объективных свидетельств.

В общем виде алгоритм верификации показателей надежности приведен на рисунке 5.4. Верификацию показателей надежности технических систем можно осуществлять по планам и стандартам трех типов: последовательные испытания; испытания с ограниченной продолжительностью или с ограниченным числом отказов; испытания с ограниченной фиксированной календарной продолжительностью без ремонта или замены.

 

Рисунок 5.4. – Алгоритм верификации показателей надежности
технических систем

Планы последовательных испытаний характеризуются правилами принятия решений по приемке или отбраковке, а также по продолжению испытаний при любой их продолжительности. Эти решения определяются при выборе величины риска и дискриминантного отношения. Дискриминантное отношение характеризует степень и точность соблюдения доверительного интервала показателей надежности.

Для подтверждения соблюдения требований и возможностей удовлетворения потребностей конкретного внешнего потребителя или пользователя продукта, услуги или системы осуществляется процедура валидации.

Согласно стандарту ГОСТ Р ИСО 9000-2008 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь», валидация – это подтверждение на основе представления объективных свидетельств того, что требования, предназначенные для конкретного использования или применения, выполнены.

В таблице 5.1 приведены отличия валидации от верификации

Таблица 5.1. – Отличия процедур «верификация» и «валидация»

Верификация	Валидация
представляет собой внутренний процесс управления качеством, обеспечивающий согласие с правилами, стандартами или спецификацией	представляет собой внешний процесс управления качеством, обеспечивающий согласие с правилами, стандартами или спецификацией для конкретного потребителя
производится всегда для подтверждения уровня качества	осуществляется по мере необходимости для подтверждения уровня качества в конкретных условиях
выполняется методом проверки (сличения) характеристик продукции с заданными требованиями	выполняется методом анализа заданных условий применения и оценки соответствия характеристик продукции этим требованиям,
вывод о соответствии (или несоответствии) продукции	вывод о возможности применения (или неприменения) продукции для конкретных условий

 

Таким образом, валидация представляет собой подтверждение на основе представления объективных свидетельств и доказательств того, что требования, предназначенные для конкретного потребителя или конкретной сферы использования, точно и в полном объёме соблюдены.

Контрольные вопросы к разделу 5.

1. Цели и задачи оценки стоимости жизненного цикла технических систем.

2. Основные подходы к оценке стоимости жизненного цикла технических систем.

3. Виды технических систем на железнодорожном транспорте.

4. Основные этапы жизненного цикла технических систем.

5. Сферы использования показателя «стоимость жизненного цикла технической системы».

6. Параметры формирования модели стоимости жизненного цикла технической системы.

7. Классификация затрат при моделировании денежных потоков по этапам жизненного цикла технических систем.

8. Методы оценки параметров стоимости жизненного цикла технических систем.

9. Особенности расчета элементов стоимости жизненного цикла технических систем на отдельных стадиях.

10. Детализация затрат по элементам при оценке стоимости жизненного цикла технических систем.

11. Основные этапы использования стоимости жизненного цикла технических систем при обосновании управленческих решений.

12. Структура затрат на приобретение технической системы.

13. Структура затрат на эксплуатацию технических систем.

14. Показатели надежности технических систем.

15. Понятие отказа технических систем по отраслевым хозяйствам железнодорожного транспорта.

16. Принципы выбора показателей надежности технических систем.

17. Виды испытаний для подтверждения показателей их надежности.

18. Виды плановых испытаний технических систем на надежность.

 

Глоссарий

Анализ стоимости жизненного цикла – определение относительных величин составляющих (элементов) стоимости жизненного цикла, их взаимозависимости и степени воздействия на ее величину.

Безотказность(safety) – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Валидация (validation) – подтверждение соответствия требованиям путем испытаний и представления объективных свидетельств, выполнения конкретных требований к предусмотренному конкретному использованию.

Верификация (verification) –подтверждение выполнения требований путем исследования и сбора объективных свидетельств.

Вид отказа –прогнозируемые или наблюдаемые последствия отказа на установленном элементе в зависимости с условиями эксплуатации во время отказа.

Восстановление (restoration)– событие, заключающееся в том, что после неисправности объект вновь становится способным выполнять требуемую функцию.

Время простоя – интервал времени, в течение которого объект находится в неработоспособном состоянии по внутренним причинам.

Гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах.

Готовность –свойство объекта быть в состоянии выполнять требуемую функцию при заданных условиях в данный момент времени или в течение заданного интервала времени при условии обеспечения необходимыми внешними ресурсами.

Денежный поток (CF – CashFlow) – разность между притоком и оттоком денежных средств за определенный период.

Дисконтирование денежных потоков – процедура приведения разновременных значений денежного потока к их ценности на определенный момент времени.

Доказательство безопасности – документ, содержащий совокупность доказательств о соответствии технической системы железнодорожного транспорта требованиям функциональной безопасности.

Долговечность –свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Допустимый риск – максимальный уровень риска для изделия, который приемлем для административного органа железной дороги.

Жизненный цикл – совокупность процессов создания, эксплуатации, ремонта и утилизации единицы подвижного состава или сложной технической системы железнодорожного транспорта.

Жизненный цикл инновационного проекта – период времени от предпроектных исследований до прекращения инновационного проекта.

Жизненный цикл научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ – период времени от предпроектных исследований до прекращения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Жизненный цикл научно-технического проекта – период времени от предпроектных исследований до прекращения научно-технического проекта.

Жизненный цикл системы –период времени, который начинается с момента возникновения системы и заканчивается, когда система больше уже не используется, выводится из эксплуатации и утилизируется.

Жизненный цикл технической системы железнодорожного транспорта –период времени, который начинается с этапа создания концепции технической системы и заканчивается после этапа ее утилизации.

Журнал учета опасностей – документ, в котором регистрируются все действия по управлению безопасностью (обеспечению безопасности), выявленные опасности, ответственные лица, принятые и утвержденные решения или же указываются ссылки на связанные с этим процессом документы.

Зависимый отказ – отказ из-за совокупности событий, вероятность которых не может быть выражена простым произведением безусловных вероятностей отдельных событий.

Изготовитель(производитель) – организация независимо от ее организационно-правовой формы, а также индивидуальный предприниматель, производящие продукцию для реализации заказчику (потребителям).

Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

Конкурентоспособность транспортной компании – способность удовлетворять платежеспособный спрос клиентов на транспортные услуги определенного объема и качества, что позволяет занять ведущее место на рынке транспортных услуг и получить максимально полезный эффект.

Конкурентоспособность транспортной продукции – совокупность характеристик перевозки, отражающая ее отличие от альтернативных перевозок (другими видами транспорта, либо с использованием иной технологии) как по степени соответствия конкретной общественной потребности, так и по уровню транспортных затрат, позволяющая выдержать конкуренцию в завоевании такой доли рынка, которая обеспечивает получение необходимого эффекта от работы транспортного предприятия. Здесь под транспортной продукцией понимается не только перевозка как процесс, но и сопутствующие работы и услуги, оказываемые транспортными организациями.

Конкуренция на транспорте – это соперничество транспортных предприятий за лучшие методы хозяйствования, то есть за наиболее выгодные условия осуществления перевозок, освоение новых рынков и получение максимальной выгоды. Кроме того, конкуренция на транспорте – это борьба за грузовладельцев и пассажиров, за получение максимально полезного эффекта на основе применения современных, более эффективных технологий, повышения качестве перевозок, их надежности и скорости перемещения грузов и пассажиров.

Критерий предельного состояния – признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Критичность отказа – совокупность признаков, характеризующих последствия отказа.

Материально-техническое обеспечение – совокупность средств, предназначенных для эксплуатации и поддержания системы на заданном уровне готовности с учетом затрат в течение жизненного цикла.

Модель стоимости жизненного цикла – упрощенное представление структуры и алгоритма поэтапного формирования стоимости жизненного цикла единицы подвижного состава или сложной технической системы.

Мониторинг стоимости жизненного цикла – текущий учет и калькуляция затрат на владение (эксплуатацию) единицей (парком) подвижного состава или сложной технической системой. Мониторинг стоимости жизненного цикла заключается в поэлементном учете и анализе фактических трудовых и финансовых затрат (по этапам жизненного цикла) на эксплуатацию, ремонт, модернизацию и утилизацию единицы подвижного состава или сложной технической системы.

Надежность –свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Неопределенность – неполнота и/или неточность информации об условиях реализации мероприятия (проекта), осуществляемых затратах и достигаемых результатах.

Неплановый ремонт – техническое обслуживание и ремонт, проводимые после обнаружения неисправности с целью возвращения объекта в состояние, в котором он способен выполнять требуемую функцию.

Объект железнодорожного транспорта – любая самостоятельная единица железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава, обеспечивающая выполнение требуемой функции в рамках перевозочного процесса.

Опасность (hazard) – потенциальный источник возникновения ущерба.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Отказ по общей причине – отказ, являющийся результатом события или событий, который является причиной совпадения состояний неисправности двух или более компонентов, ведущий к отказу системы при выполнении заданной функции.

Отказоустойчивость – понятие, реализуемое при разработке объекта, направленное на то, чтобы в случае отказа объект переходил в безопасное состояние или оставался в нем.

Отток денежных средств – инвестиции и текущие затраты, связанные с получением и использованием результатов научно-технической работы.

План обеспечения безопасности – документированный перечень запланированных по времени мероприятий, ресурсов и событий, направленных на внедрение организационной структуры, сфер ответственности, методик, мероприятий, мощностей и ресурсов, которые совместно будут способствовать тому, чтобы объект удовлетворял данным требованиям безопасности, относящимся к данному договору или проекту

Повышение безотказности – процесс прогрессирующего улучшения показателей безотказности объекта со временем.

Полнота безопасности – способность объекта, связанного с безопасностью, выполнять предъявленные функциональные и нормативные требования, требуемые функции безопасности при данных условиях эксплуатации в заданный период времени.

Правила технического обслуживания и ремонта – описание взаимных связей между эшелонами и уровнями технического обслуживания и ремонта и уровнями разукрупнения для технического обслуживания и ремонта объекта.

Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Предупредительное техническое обслуживание – техническое обслуживание и ремонт, проводимые в заранее установленные интервалы времени или согласно установленным критериям с целью уменьшения вероятности отказа или ухудшения функционирования объекта.

Приток денежных средств – общая сумма поступлений денежных средств от использования результатов научно-технической работы.

Причина отказа – обстоятельства в ходе проектирования, производства или использования объекта, которые привели к отказу.

Продолжительность жизненного цикла – период времени между выработкой концепции изделия и его изъятием из обращения. Продолжительность жизненного цикла изделия как товара – период времени от вывода изделия на рынок (момента продажи)до исключения его из эксплуатации (ликвидации). Продолжительностью жизненного цикла подвижного состава и сложных технических систем, как правило, считается срок их службы.

Проектно-ориентированное управление(Management by Projects) – управленческий подход, при котором отдельно взятые заказы и задания, решаемые в рамках деятельности организации, рассматриваются как отдельные проекты, к которым применяются принципы и методы управления проектами.

Профиль стоимости жизненного цикла – графическое или табличное представление, изображающее распределение стоимости (затрат) на протяжении жизненного цикла (или его части).

Процесс обеспечения безопасности – последовательность процедур, осуществляемых с целью идентификации и обеспечения выполнения всех требований безопасности к объекту.

Разновременность – явление, характеризующееся не мгновенным (одномоментным), а распределенным во времени осуществлением затрат, получением результатов или эффектов.

Расчетный период – период времени (количество лет), на протяжении которого осуществляется расчет инвестиционного (инновационного) проекта. При сравнении двух или более технических средств с разной продолжительностью жизненного цикла (разными сроками службы) в качестве расчетного принимают одинаковый для всех вариантов период времени в целях обеспечения сопоставимости результатов.

Ремонт – комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению изделий или их составных частей.

Ремонтный цикл ­– период времени или пробег единицы тягового подвижного состава, в течение которых она подвергается выполняемым с нормативной периодичностью плановым ремонтам всех регламентированных для нее видов.

Ремонтопригодность –свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Риск – неопределенное событие или условие, наступление которого может отрицательно сказаться на достижении целей проекта.

Систематический отказ – отказ, однозначно вызванный определенной причиной, которая может быть устранена только модификацией проекта или производственного процесса, правил эксплуатации и документации. 1. Систематический отказ может быть воспроизведен путем преднамеренного создания тех же самых условий, например, с целью определения причины отказа. 2. Систематический отказ является результатом систематической неисправности.

Сложная техническая система (СТС) – составной объект (техническая система). СТС состоит из элементов (составных частей, различающихся свойствами, проявляющимися при взаимодействии), объединенных связями (линиями передачи единиц или потоков чего-либо) и вступающих в определенные отношения (условия и способы реализации свойств элементов) между собой и внешней средой, чтобы осуществлять процесс (последовательность действий для изменения или поддержания состояния) и выполнить функцию СТС (цель, назначение, роль).

Соответствие – свидетельство того, что параметры или свойства изделия отвечают установленным требованиям.

Составная часть –рассматриваемая часть объекта. Составную часть можно рассматривать как самостоятельный объект.

Спецификация – формализованное представление требований, предъявляемых к объекту, которые должны быть удовлетворены при его разработке, а также описание задач, условий и эффекта действия без указания способа его достижения.

Ставка дисконтирования (норма дисконта) – основной экономический норматив, используемый при дисконтировании; выражается в долях единицы или в процентах в год, характеризует альтернативную стоимость используемого капитала.

Стоимость жизненного цикла технической системы (цена потребления) – совокупные издержки потребителя на приобретение и использование технической системы за срок ее службы.

Структура стоимости жизненного цикла – классификация (элементов) стоимости жизненного цикла по составляющим с целью получения общей структуры стоимости жизненного цикла.

Технико-технологическое развитие – процесс формирования и совершенствования технических средств и технологий за счет освоения новых форм и методов организации производственного процесса, модернизации оборудования, технического перевооружения, реконструкции, нового строительства, ориентированный на достижение целевых показателей основных видов деятельности компании.

Техническое обслуживание и ремонт – совокупность всех технических и организационных действий, включая технический надзор, направленных на поддержание или возвращение объекта в состояние, в котором он способен выполнять требуемую функцию.

Технологический уклад –этап развития социально-экономической системы, характеризующийся единым техническим уровнем составляющих его производств, связанных вертикальными и горизонтальными потоками однородных ресурсов, опирающихся на существующий уровень квалифицированной рабочей силы, имеющийся научно-технический потенциал, используемые технологии и пр.

Транспортный маркетинг – это система органи­зации и управления производственно-сбытовой деятельностью транспортных, экспедиторских и операторских компаний и фирм по оказа­нию транспортных услуг пользователям транспорта на основе комплексного изучения транспортного рынка и спроса потребителей на транспортную продукцию в целях создания наилучших условий ее реализации.

Управление безопасностью – структура административного управления, обеспечивающая правильность реализации процесса обеспечения безопасности.

Функциональная безопасность – свойство объекта, связанного с безопасностью, удовлетворительно выполнять требуемые функции безопасности при всех предусмотренных условиях в течение заданного периода времени.

Функция безопасности – функция, реализуемая объектом или его составными частями, которая предназначена для достижения или поддержания безопасного состояния по отношению к конкретному опасному событию.

Элемент стоимости жизненного цикла – любая из составляющих затрат, совокупность которых представляет полную стоимость жизненного цикла технического средства.