Деловая слава России


Новости



МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты


АКТУАЛЬНАЯ ТЕМА



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Промышленность » Стандарты для железнодорожного транспорта

Промышленность, Наука, Экономика: Стандарты для железнодорожного транспорта - 14-04-2016, 12:50

 

Стандарты для железнодорожного транспорта

 

ПРИШЛО ВРЕМЯ ПЕРЕЙТИ НА ИДЕОЛОГИЮ «РЕСУРСНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ»


СОВЕЩАНИЕ РАБОЧЕЙ ГРУППЫ ПО РАЗРАБОТКЕ СТАНДАРТОВ И ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОГО СПРАВОЧНИКА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА В ОБЛАСТИ ОЦЕНКИ РЕСУРСА

 

В Институте машиноведения имени А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) состоялось совещание рабочей группы по разработке системы стандартов и информационно-технического справочника в области оценки ресурса железнодорожного транспорта. В работе группы под руководством член-корреспондента РАН Н.А. Махутова приняли участие ученые ИМАШ РАН Д.О. Резников, А.Н. Панов, М.М. Гаденин. Предлагаем читателям познакомиться с ключевыми проблемами, которые поднимались  в ходе обсуждения нововведений в сфере стандартов РЖД.

 

Николай Андреевич МАХУТОВ, руководитель научной школы ИМАШ РАН «Безопасность и защищенность критически и стратегически важных объектов инфраструктуры», член-корреспондент РАН:

 


— Сегодня мы обсуждаем одну из известных, но очень сложных проблем анализа, обоснования и повышения ресурса безопасной эксплуатации объектов техносферы. В их число входят наиболее ответственные объекты железнодорожного транспорта – объекты подвижного состава, инфраструктуры и систем управления движением. Каждый из участников обсуждения многие годы своей работы посвятил изучению как отдельных вопросов ресурса, так и всей проблеме ресурса безопасного функционирования объектов техносферы и объектов транспорта.

 


Дмитрий Олегович РЕЗНИКОВ, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИМАШ РАН:

 


— В настоящее время холдингом ОАО «Российские железные дороги» создана Рабочая группа для разработки системы стандартов в области оценки ресурса железнодорожного транспорта. Кроме объектов собственно подвижного состава мы рассматриваем и объекты инфраструктуры, принадлежащие РЖД. На сегодняшний день начата разработка двух стандартов. Один из них посвящен проблемам разработки методов оценки ресурса объектов железнодорожного транспорта. Второй стандарт содержит описание порядка и различных процедур: каким образом назначается ресурс для конкретного объекта и как он контролируется службами РЖД.

 

 

В ходе работы возникло несколько закономерных вопросов. В частности, старший вице-президент – главный инженер ОАО «РЖД» Валентин Александрович ГАПАНОВИЧ посмотрел текущие наработки группы и задал вопрос, каким образом предлагаемые стандарты расположены в системе действующей нормативно-технической базы. Действительно, прежде всего необходимо определиться, что именно понимается под «стандартами» и как они соотносятся с другими существующими нормами. В связи с этим В.А. Гапанович предложил создать определенную группу стандартов, посвященных понятию ресурса, так как в разных отраслях специалисты понимают и используют его по-разному.

 


В дополнение к стандартам в соответствии с законом о стандартизации предполагается создать информационно-технический справочник, который поможет специалистам, проектировщикам и эксплуатантам рассчитать реальный ресурс. Справочник будет служить своего рода «библиотекой расчетчика», позволяющей оценивать ресурс на разных стадиях жизненного цикла различных объектов. В основу оценки ресурса предполагается положить прежде всего степень накопления повреждений. Это научная задача, поэтому сотрудников ИМАШ РАН и привлекли к разработке стандартов.

 


Сегодня существует понятие «экономический ресурс», когда из экономических соображений определяется, сколько времени будет работать тот или иной объект железнодорожного транспорта. Здесь расчет основан на здравом смысле и эмпирических данных: известно, как долго эксплуатируются подобные объекты и, соответственно, из накопленного опыта примерно ясно, когда их следует менять, выводить из эксплуатации. Однако в этом случае не оценивается реальная степень накопления повреждений. На самом деле часто бывает так, что объект еще может эксплуатироваться десять и даже двадцать лет, но его списывают согласно инструкции.

 


Ресурс отличается от срока службы тем, что он является физической составляющей. Согласно определению, ресурс – это наработка устройства (механизма) от начала его эксплуатации или после ремонта до достижения им предельного состояния, определяемого нормативно-технической документацией. В конце прошлого века в авиационном транспорте родилась идея «ресурсного проектирования». На западе есть научная дисциплина «life-cycle engineering», которая занимается оценкой жизненного цикла изделия. Основная их задача – минимизировать весь функционал, затраты на проектирование, строительство, эксплуатацию, вывод из эксплуатации и риски, то есть ущерб от возможных неизбежных аварий. Ресурс, то, что закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается в процессе эксплуатации, – один из компонентов этой суммы. При этом приходится искать баланс между двумя противоречащими друг другу целями: снизить эксплуатационные издержки, куда, в частности, входят затраты на управление ресурсом и снизить ожидаемые ущербы (рисунок 1).

 

 

РИС 1

Рисунок 1. Оптимизация стратегии эксплуатации

 

Такой подход отражен в ряде томов серии «Безопасность России», выпущенных совместно РАН, МЧС России и ОАО «РЖД». Сегодня, в непростых рыночных условиях, первая задача холдинга «РЖД» – уменьшить затраты на функционирование железнодорожного транспорта. Вторая задача – получить научное обоснование оптимального ресурса и срока эксплуатации объекта, возможности продления ресурса или необходимости списания. Это комплекс задач, который стоит перед рабочей группой и которые мы пытаемся решать.


Николай Андреевич МАХУТОВ:

 
— Ресурс определяется опасностью или возможностью достижения предельного состояния, когда объект перестает выполнять свои функции. Это физическая величина, которая устанавливается расчетом и экспериментом или статистической информацией по предшествующей эксплуатации до момента достижения предельного состояния. Кроме времени, для разных объектов ресурс может выражаться в других единицах измерения, например, в километрах пробега для автомобиля. На железнодорожном транспорте это может быть тонно-километр, то есть груз массой в одну тонну, которая перевозится на расстояние один километр.

 


Для электрических систем ресурс может измеряться в количестве энергии, которая прошла через энергоустановку до достижения ее предельного состояния. Для электронных систем – это, в первую очередь, так называемые «отказы и потоки отказов». Например, при включении электрической лампочки накаливания вольфрамовая нить нагревается, начинается испарение вещества. Со временем нить становится все тоньше, но напряжение на нее подается то же самое. В какой-то момент степень испарения нити становится критической, и она разрушается от перегрева. Примерно то же самое происходит в технических системах при коррозии. В процессе эксплуатации толщина стенки какого-либо объекта уменьшается, и в конце концов он разрушается.

 


Существо процесса достижения предельного состояния описывается одними и теми же временными функциями и в электротехнических, и в механических системах. В электронных системах есть другие параметры: стабильность различных характеристик, падение чувствительности и разрешающей способности. В мировой практике существует множество документации, упоминающей проблему ресурса. Однако кроме заявлений, никакие конкретные качественные или количественные показатели, параметры ресурса часто не указаны. Для того, чтобы убедиться в этом, мы попросили специалистов железнодорожного транспорта проанализировать текущую ситуацию. Проделанная большая работа в целом подтвердила сложившуюся ситуацию.

 

 

Тема ресурса стала актуальна именно сейчас потому, что в последнее время начали появляться различные регламенты и другие документы, в том числе Таможенного союза. В них утверждается следующее: ресурс (в данном случае – время) определяется временем жизни наиболее слабого звена всей системы. То есть время жизни системы из ста элементов определяется по времени жизни перегоревшей лампочки, грубо говоря. Если следовать подобным инструкциям, то, как говорится, «самолет никогда не оторвется от земли», всегда найдется масса отклонений от комплекса нормативных требований. Если в фонаре, освещающем железную дорогу, перегорит лампочка, у которой ресурс четыре месяца, это не означает, что и локомотив мы должны остановить через четыре месяца. Поэтому ресурс сложных технических систем на железнодорожном транспорте не только сложная научная проблема, но важная экономическая задача.

 

Александр Николаевич ПАНОВ, кандидат технических наук, соискатель научной степени в научной школе Н.А. Махутова.


— Технические регламенты – это, условно говоря, провозглашенные принципы для эксплуатации колесных транспортных средств. Любое безопасное транспортное средство должно обеспечивать заданную эффективность торможения. В то же время экстремальное торможение создает повреждения и сокращает ресурс. А как это должно делаться и рассчитываться – должно быть написано в стандартах. Но таких стандартов сейчас практически нет. Есть заявления, что мы должны обеспечивать ресурс, но поддерживать эти заявления должна нормативная база и база знаний. Идеи таких подходов, может быть, где-то и есть: в книгах, учебниках, монографиях, статьях, но они не узаконены. Мы не можем сказать, что это действительно сегодняшний уровень понимания проблемы определения ресурса с той доказательной степенью свидетельств, который бы всех устраивал.

 

 

Это касается всех технических регламентов. Когда мы обращаемся к ГОСТам, получаем, как правило, слишком общие и размытые формулировки. Но сегодня уже появляются более четкие критерии. Например, можно найти информацию, что ресурс колесного транспортного средства должен быть не менее 600 тысяч километров. А уже в ТУ на основные агрегаты или узлы должны быть заданы принципы и параметры нагружения. Например, требуемые 600 тысяч километров при температуре от –600С до +600С будут требовать разных решений; допустим, для заданной нагрузки при преодолевании определенного угла наклона на трассе. В ТУ будет четко расписаны для этого узла конкретные параметры объекта, потому что технических вариантов может быть много. На текущий момент пока нет ГОСТов, которые бы законодательно определяли правильное принятие решения и порядок проведения расчетов.

 

Николай Андреевич МАХУТОВ:

 
— Вы правильно подняли вопрос жизненного цикла объекта. Есть значительная разница в сущности ресурса и времени жизненного цикла. В целом у нас определения ресурса и срока службы всегда выражались в одном: нажали на кнопку, машина пошла, и далее можно считать километры или часы. Так всю жизнь и было. Но сейчас это не совсем правильно. Такой подход возможен только для объектов, которые давно построены и уже эксплуатируются; по ним установлен поток отказов.

 

 

Но многое мы создаем вновь, с чистого листа. Получается, что требования к ресурсу мы должны заложить на более ранней стадии, задолго до начала эксплуатации. Например, задумали мы что-то построить. Еще нет ни проекта, ни даже утвержденного конструкторскотехнологического решения. Но уже в технико-экономическом обосновании должны быть заложены требования к ресурсу. Затем согласуется техническое задание, в котором уже должны быть указаны условия нагружения для определенных параметров, чтобы обеспечить ресурс. Дальше начинаются расчеты и обоснования на стадии проектирования, где появляются конкретные числа и показатели ресурса.

 

 

Часто мы проектируем то, чего еще никогда не существовало, но при всей сложности расчетов сюда надо включить новые материалы и конструкции, которых тоже раньше не было. К сожалению, в настоящее время в документации по ресурсу ничего подобного нет. Требования к ресурсу мы должны были заложить еще на самых первых стадиях создания объекта, даже до начала проектирования и изготовления и, тем более, до начала эксплуатации. Нельзя упускать из вида и возможное применение новых технологий и материалов для повышения ресурса, все надо предусмотреть. Если ведется контроль готовой продукции или испытания еще до начала эксплуатации, необходимо позаботиться об уточненном анализе ресурса. А мы сегодня находимся в ситуации, когда нажимаем кнопку пуска и вдруг видим, что начинать отслеживать ресурс объекта надо было задолго до начала эксплуатации.

 

 

При анализе и оценках прочности, ресурса и безопасности анализируемых объектов следует исходить из того, что степень научной обоснованности проектно-конструкторской документации, методов и аппаратуры для диагностики и мониторинга их состояния, а также накопленный практический опыт в сфере конструирования и эксплуатации, по мере перехода от штатных (нормальных) состояний к аварийным и катастрофическим характеризуются тремя основными категориями, имеющими соответствующие тенденции (рисунок 2): рисками, характеризующими рассматриваемые процессы, которые экспоненциально нарастают; уровнем и возможностями диагностики состояний, которые существенно сокращаются; уровнем мониторинга состояний и рисков, который остается пока невысоким, особенно для катастрофических ситуаций.

РИС 2Рисунок 2. Структура диагностики и мониторинга состояния объектов техносферы и рисков аварийных и катастрофических ситуаций

 

Ресурс эксплуатации – это только часть общей большой проблемы. Сегодня ею почти не занимаются, в лучшем случае слегка затрагивают тему ресурса, но реально ничего не делают. За что ни возьмись – везде пробелы, и вся тяжесть обеспечения ресурса падает в основном на период эксплуатации объекта. В результате приходится постоянно контролировать текущее состояние, выявлять отказы и поломки, останавливать эксплуатацию, ремонтировать. В сумме подобные затраты оказываются внушительными, а предотвращение аварий и катастроф недостаточным.

 

 

Вот мы и подошли к ключевому моменту. Не уделяя должного внимания ресурсу на ранней стадии жизненного цикла объекта, ничего не закладывая для его обеспечения вовремя, мы получаем тяжелые аварии и чрезвычайные ситуации. Если бы все необходимое было выполнено полностью на первых стадиях создания объектов, то следующие двадцатьтридцать лет при всех заданных режимах и параметрах уже многое не надо было бы делать для обеспечения ресурса объекта. Вместо регулярной диагностики вполне хватило бы контроля только входных параметров, а это обойдется предприятию намного дешевле.

 

 

Сегодня пришло время перейти на новую идеологию так называемого «ресурсного проектирования». Ее основная идея – на каждом этапе выявлять любые возможности для сокращения потерь и в результате получать огромный экономический эффект. Об этом, конечно, все говорят, но пока под эту новую идеологию нет ни правил, ни законов. Инициатором появления и развития ресурсного проектирования стала сама жизнь. Если попытаться «в лобовую» выполнить все требования, которые сформулированы во всевозможных стандартах, то для поддержания железнодорожного транспорта в рабочем состоянии нужно было бы потратить не менее 1 триллиона 200 миллиардов рублей.

 

 

Получается, с одной стороны, на бизнес давит сам свод требований к ресурсу и безопасности, а с другой стороны – сомнительна обоснованность и не удовлетворение этих требований вызывают высокие ущербы и риски. Конечно, если очень захочется, можно их и не соблюдать, тогда эксплуатация станет совсем дешевой. Но за это все-таки придется отвечать человеческими жизнями и огромными экономическими затратами. В сложившейся ситуации единственно возможный выход – минимизация рисков.

 

Михаил Матвеевич ГАДЕНИН, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИМАШ РАН

 
— Тенденция повышения эффективности эксплуатации объектов техносферы, в число которых входят и объекты железнодорожного транспорта, в ряду комплекса соответствующих мероприятий обусловливает поэтапное внедрение в методологию проектирования, изготовления и эксплуатации элементов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава основ учета рисков реализации связанных с этой эксплуатацией природно-техногенных опасностей. В этом направлении на основе ранее полученного опыта, включая результаты сотрудничества ОАО «РЖД» (с участием ВНИИЖТ, ВНИКТИ и других организаций) с Российской академией наук (с участием ИМАШ, ИПМех, ИПУ, СО РАН) в рамках соответствующего Соглашения о сотрудничестве между ОАО «РЖД» и РАН, уровень культуры проектирования, культуры производства должен быть существенно поднят.

 

С учетом этого в ближайшие годы должна быть подготовлена определенная новая нормативно-техническая база в области анализа прочности и ресурса и связанных с этим рисков природно-техногенных опасностей, на которую и будет опираться упомянутый выше поэтапный переход в указанном направлении. Практика разработки методов нормирования расчетов объектов железнодорожного транспорта на протяжении длительного периода времени последовательно включала в себя совершенствующиеся методы анализа прочности, ресурса, износостойкости, хладостойкости, сейсмостойкости, надежности (до конца прошлого столетия) с переходом к настоящему времени к необходимости учета и разработки проблем живучести, безопасности, рисков и защищенности (рисунок 3).

 

РИС 3

 

 

На рисунке 3 представлена учитывающая многообразие реальных процессов нагружения в сложных условиях эксплуатации временнáя диаграмма, отражающая развитие процессов нормирования того или иного подхода в оценке прочности и ресурса. То есть, это временная шкала использования параметров, критериев и запасов в процедурах нормирования соответствующих расчетов при эксплуатации данного оборудования. Если в вопросах прочности они проработаны достаточно детально и степень использования сложившихся подходов в той или иной ситуации для серийных объектов достаточно высокая – до 90%, то применительно к оценкам ресурса степень нормирования расчетов применительно к реальным условиям эксплуатации составляет не выше 60–70% В правом секторе представленной на рисунке 3 диаграммы обозначены в достаточной степени установившиеся к настоящему времени подходы к нормированию прочности, ресурса, износостойкости, которые широко применяются к объектам технического регулирования – ОТР.

 

 

Далее следуют положения о нормировании хладостойкости, сейсмостойкости, надежности – то есть те разделы нормативных расчетов, которые также в той или иной степени присутствуют в общей структуре, но требуют дальнейшей детализации, уточнений и совершенствования, и в особой степени – к опасным производственным объектам (ОПО). В левом секторе данной диаграммы представлены разделы живучести, безопасности, рисков и защищенности, которые нормируются меньшей степени и являются перспективными. Если же обратиться к нормированию оценок безопасности эксплуатации по параметрам риска, то в настоящий момент они составляют лишь незначительную долю в норматив документах и присутствуют в них на уровне до 1–5%. При названном выше поэтапном переходе к перспективному направлению проектирования и нормирования эти разделы должны относиться преимущественно к объектам железнодорожного транспорта, связанным с наиболее опасными процессами транспортирования при эксплуатации критически (КВО) и стратегически (СВО) важных объектов инфраструктуры и подвижного состава.

 

 

Николай Андреевич МАХУТОВ:

 
— Все указанные проблемы встают в полный рост, когда объекты или несущие элементы объектов подвергаются разрушению, не предусмотренному в нормах. В это время неконтролируемо выбрасывается огромная энергия, идут обрушения, обвалы. На этой, самой последней стадии жизненного цикла объекта, в часы и доли секунды реализуются все те просчеты, которые мы допустили, и наносится наибольший ущерб. У нас есть древняя наука о прочности, жесткости и устойчивости конструкций, которая развивалась на протяжении нескольких веков и сегодня она остается одним из ключевых блоков фундамента безопасности (рисунок 4).

РИС 4

Рисунок 4. Общая структура обеспечения работоспособности объектов техносферы


 

Мы возвращаемся к длительно накопленным знаниям потому, что нельзя говорить о новых критериях риска и безопасности, не зная, на чем все это будет основано. За традиционной прочностью идут надежность, живучесть, износостойкость, хладостойкость, сейсмостойкость, радиационная и коррозионная стойкость и многое другое. Как правило, все эти «стойкости» связаны с прочностью и вытекают из требований прочности. Так же, как они дают основание следующим стадиям анализа, которые мы назвали «защищенностью от аварий и катастроф» и которые мы будем определять количественно через риски. Наша конечная цель – это защита не только объектов, но и защита человека, общества и природы от катастроф. Это конечная задача, и она должна диктовать все комплексные требования к прочности и ресурсу.

 

Межотраслевой альманах №53/2016 год

 

 

 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО:

Календарь событий:

«    Сентябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30