Влияние наработки и возраста на поток отказов автомобилей

Полный текст

Введение

Автомобильный транспорт – важнейший элемент транспортной системы. Благодаря преимуществам по сравнению с другими видами транспорта он получил широкое распространение. Наряду с очевидными достоинствами он имеет и ряд недостатков – большое количество дорожно-транспортных происшествий (ДТП), загрязнение окружающей среды, относительно высокая себестоимость перевозок.

С увеличением наработки и возраста автомобилей ухудшается их техническое состояние. Это ведет к росту вероятности ДТП, снижению производительности, ухудшению экологических показателей и увеличению затрат на эксплуатацию.

Один из путей решения этой проблемы – ограничение срока использования автомобилей. Известны различные способы установления рационального срока эксплуатации подвижного состава [1, 3, 15, 16, 17]. Для реализации практически каждого из них необходимо знать, как с увеличением времени и наработки с начала эксплуатации меняются показатели надежности автомобилей. В этой связи цель исследований – установление закономерностей влияния наработки и возраста на параметр потока отказов автомобилей.

Срок службы автомобиля измеряется в годах его работы или в километрах пробега от начала эксплуатации до списания. Оба измерителя срока службы взаимосвязаны через годовой пробег (или интенсивность эксплуатации) подвижного состава.

В процессе эксплуатации техническое состояние автомобилей изменяется [4, 5]. При этом значения параметров технического состояния приближаются к предельным, снижается вероятность безотказной работы, возрастает вероятность отказов.

Для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации автомобилей необходимо ограничивать срок службы автомобилей [9, 13].

В настоящее время на большинстве предприятий фактические сроки службы автомобилей не могут быть признаны рациональными и в значительной степени завышены [6, 7, 11].

Большие сроки службы влекут за собой необходимость значительного расширения ремонтного производства, увеличивают потребность в запасных частях, что, в свою очередь, влияет на затраты предприятия [8, 12, 22].

С другой стороны, чрезмерное сокращение сроков службы автомобилей вызывает рост амортизационных отчислений, что сказывается на увеличении себестоимости перевозок [14, 18, 19, 20, 24, 25, 26].

Обзор литературы

Для определения рационального срока службы автомобилей применяют аналитические, графические, статистические, технико-экономические и другие методы. В основе большинства методов нахождения рациональных сроков службы автомобилей лежит определение критерия оптимальности. В зависимости от поставленных задач в основе качества критерия оптимальности могут лежать минимум затрат, максимум прибыли и другие показатели [2, 3, 4, 5, 22, 23]. Так, Латыпова Э. Р. [10], Сухов Н. [14], Хайман Д. Н. в качестве критерия оптимальности предлагают использовать отдельные составляющие себестоимости проведенных работ. Сухов Н., Хайман Д. Н. в качестве оптимума предлагают использовать минимум расходов на запасные части машин. В работе Чикуриной Н. В. [21] приведенные затраты являются основным критерием оптимальности при расчете рационального срока службы автомобилей.

Установлено, что большинство методик предполагают в качестве критерия оптимальности минимум затрат, то есть предлагают использовать для определения срока службы автомобилей технико-экономический метод. Однако данный метод не всегда возможно применить, так как при определенной интенсивности эксплуатации зависимость суммарных затрат на эксплуатацию от наработки или возраста не будет иметь ярко выраженный минимум, либо минимума вообще может не быть, что подробно описано в следующем разделе.

Методы

В ходе теоретического исследования была выдвинута гипотеза, что при применении технико-экономического метода в ряде случаев у кривой суммарных затрат на приобретение и эксплуатацию автомобилей не наблюдается ярко выраженного минимума. В некоторых случаях минимума нет вообще, то есть кривая имеет монотонный характер. Это объясняется высокими затратами на приобретение АТС, которые, распределяясь на срок службы автомобилей, компенсируют увеличение с возрастом затрат на текущий ремонт.

Как правило, суммарные затраты интенсивно снижаются в первые 5 … 7 лет эксплуатации, а в последующем они изменяются в небольших пределах за весь реально возможный срок использования автомобилей.

Следовательно, метод определения предельного срока службы автомобилей по критерию минимума суммарных затрат на приобретение и эксплуатацию автомобилей нецелесообразно использовать для определения рационального срока использования АТС. Для определения предельного срока эксплуатации предлагается использовать метод по условиям надежности транспортно-технологического обслуживания, основанный на установлении предельного значения параметра потока отказов.

Этот метод предусматривает сбор данных о количестве отказов автомобилей в разных интервалах наработки и возраста, а также об интенсивности эксплуатации автомобилей. На основе этих результатов рассчитывается параметр потока отказов ω в разных интервалах наработки L и возраста T. Полученные данные аппроксимируются моделью вида:

$\omega =A_0+A_1·\ln \left(L\right)+A_2·\ln \left(T\right)$ (1)

Далее обосновывается предельное значение параметра потока отказов ω_пр., исходя из требуемого значения коэффициента технической готовности.

Используя это значение, рассчитывается предельный возраст автомобилей T_S при разных наработках с начала эксплуатации:

$T_s=e^{\frac{{\omega }_{пр.}-A_0-A_1\ln \left(L\right)}{A_2}}$ (2)

Для реализации предлагаемого метода проведен эксперимент, результаты которого изложены в следующем разделе.

Результаты исследования

Суть эксперимента заключалась в сборе данных о возрасте, наработках с начала эксплуатации, об отказах, интенсивности эксплуатации автомобилей. Источник информации – базы данных транспортных предприятий, обслуживающих нефтегазовые компании. Объем консолидированной базы данных составляет около 15 миллионов записей.

На основе этих данных установлены эмпирические дифференциальное (рисунок 1) и интегральное (рисунок 2) распределения фактического возраста автомобилей рассматриваемых предприятий. Из рисунка 2 видно, что около 20 % автомобилей имеют возраст более 10 лет.

 

Рисунок 1. Распределение фактического возраста автомобилей

Источник: разработано авторами

 

Рисунок 2. Интегральное распределение возраста автомобилей

Источник: разработано авторами

 

На первом этапе экспериментальных исследований проверено предположение об отсутствии корреляции между возрастом автомобилей и наработкой с начала эксплуатации. Результаты представлены на графике (рисунок 3). Проверка значения коэффициента корреляции по критерию Стьюдента показала отсутствие статистически значимой линейной корреляционной связи, что подтверждает выдвинутое предположение и свидетельствует о необходимости учета интенсивности эксплуатации при определении рационального срока службы автомобилей.

 

Рисунок 3. Связь между возрастом и наработкой автомобилей

Источник: разработано авторами

 

Далее проверено предположение о виде модели для описания закономерности влияния наработки на параметр потока отказов автомобилей. Установлено, что с вероятностью выше 0,95 эта закономерность адекватно описывается логарифмической моделью (рисунок 4), например,

$\omega =\mathrm{0,056}\ln \left(L\right)-\mathrm{0,088}$. (3)

 

Рисунок 4. Влияние наработки на параметр потока отказов автомобилей

Источник: разработано авторами

 

Аналогичный результат получен и для зависимости параметра потока отказов от возраста.

На следующем этапе исследований проверена адекватность двухфакторной модели (1). Для этого построено двумерное распределение отказов автомобилей по наработке и возрасту. Фрагмент полученных результатов представлен в таблице 1.

 

Таблица 1. Фрагмент результатов обработки данных о количестве отказов автомобилей

Интервал наработки, тыс. км	Количество отказов, ед., в интервале возраста, лет
	0 … 2	2 … 4	4 … 6	…	30 … 32
0 … 50	1469	1804	168	…	42
50 … 100	2570	3087	1492	…	168
100 … 150	3676	3145	4806	…	160
…	…	…	…	…	…
1,650 … 1,700	0	0	2548	…	811

Источник: разработано авторами

 

Для рассматриваемых групп автомобилей в каждом интервале наработки и возраста рассчитаны суммарные пробеги за рассматриваемый период. Значение параметра потока отказов в каждом интервале (таблица 2) определялось как отношение количества отказов к суммарной наработке.

 

Таблица 2. Фрагмент результатов расчета параметра потока отказов

Интервал наработки, тыс. км	Параметр потока отказов, 1/1000 км, при возрасте, лет
	0 … 2	2 … 4	4 … 6	…	30 … 32
0 … 50	0,174	0,232	0,259	…	0,356
50 … 100	0,259	0,317	0,344		0,441
100 … 150	0,354	0,354	0,381		0,478
…	…	…	…	…	…
1,650 … 1,700	–	0,533	0,562		0,657

Источник: разработано авторами

 

Обработка результатов эксперимента показала, что математическая модель (1) с вероятностью выше 0,95 адекватна исходным данным. Пример такой модели представлен ниже (рисунок 5):

$\omega =\mathrm{0,068}\ln \left(L\right)+\mathrm{0,053}\ln \left(T\right)-\mathrm{0,03}$. (4)

 

Рисунок 5. Влияние наработки и возраста на параметр потока отказов автомобилей

Источник: разработано авторами

 

На основе полученных результатов выполнен расчет предельного возраста автомобилей при разных наработках с начала эксплуатации (рисунок 6).

 

Рисунок 6. Влияние интенсивности эксплуатации на предельный срок службы автомобилей

Источник: разработано авторами

 

Для рассматриваемого случая предельный срок службы автомобилей при различных интенсивностях эксплуатации рассчитывается по модели:

$T_s=\mathrm{79,9}{l}^{-\mathrm{0,562}}$. (5)

Методика определения рационального срока службы автомобилей по условиям надежности транспортно-технологического обслуживания предусматривает выполнение нескольких этапов расчетов (рисунок 7).

 

Рисунок 7. Методика расчета рационального срока службы автомобилей по условиям надежности транспортно-технологического обслуживания

Источник: разработано авторами

 

Таким образом, в процессе исследований были установлены закономерности влияния наработки и возраста на параметр потока отказов автомобилей, разработана методика определения срока службы автомобилей, обеспечивающая заданный уровень надежности транспортно-технологического обслуживания.

Заключение

Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы.

Известны несколько методов определения рационального срока службы автомобилей. В большинстве случаев определяется только предельная наработка по какому-либо критерию или предельный возраст, при этом не учитывается интенсивность использования автомобилей.

Наиболее распространен метод, основанный на минимизации суммарных затрат на приобретение и эксплуатацию автомобилей. Исследование на имитационной модели показало, что в большинстве случаев на кривой суммарных затрат не наблюдается ярко выраженного минимума.

Установлены эмпирические распределения фактического возраста и наработок с начала эксплуатации автомобилей. Около 20% автомобилей имеют возраст более 10 лет и наработку свыше 400 тыс. км.

Установлено, что между возрастом автомобилей и наработкой с начала эксплуатации отсутствует статистически значимая линейная корреляция.

На основе фактических данных построено двумерное распределение отказов автомобилей по наработке и возрасту.

Влияние возраста автомобилей и наработки с начала эксплуатации на параметр потока отказов адекватно описывается логарифмическими моделями. На основе эксперимента проверена адекватность предложенных моделей и установлены численные значения их параметров.

С использованием полученных зависимостей разработана методика определения предельного возраста автомобилей по условиям надежности транспортно-технологического обслуживания, учитывающая интенсивность их использования.

Об авторах

Николай Степанович Захаров

Тюменский индустриальный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: zakharov_ns@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8415-0505

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой сервиса автомобилей и технологических машин

Россия, Тюмень

Светлана Александровна Теньковская

Тюменский индустриальный университет

Email: ten_sa@tsogu.ru

аспирант, научная специальность 2.9.5. Эксплуатация автомобильного транспорта

Россия, Тюмень

Список литературы

Дополнительные файлы