ZASTOSOWANIE METODY ANALIZY NARAŻEŃ CZĘŚCI DO PROGNOZOWANIA OBIEKTÓW TECHNICZNYCH NA PRZYKŁADZIE PĘTLI PRZEJAZDOWEJ STOSOWANEJ W SYSTEMIE POBORU OPŁAT

Transkrypt

1 PROBLMY KPLOATACJI 193 Zigniew KAPRZYK, Mirosław IRGIJCZYK Politechnika Warszawska ZATOOWANI MTODY ANALIZY NARAŻŃ CZĘŚCI DO PROGNOZOWANIA OBIKTÓW TCHNICZNYCH NA PRZYKŁADZI PĘTLI PRZJAZDOWJ TOOWANJ W YTMI POBORU OPŁAT łowa kluczowe Metody rognozowania niezawodności oiektów technicznych, niezawodność oiektów technicznych, system ooru ołat, metoda analizy narażeń części. treszczenie W referacie zarezentowano koncecję wykorzystania metody analizy narażeń części (ang. Part tress Analysis) do rognozowania niezawodności oiektów technicznych na rzykładzie ętli rzejazdowej stosowanej w systemie ooru ołat. Celem rognozy niezawodności owyższego oiektu i ozostałych elementów systemu ooru ołat, w dalszej części oracowania, ędzie analiza i ocena systemu ozwalająca na oracowanie harmonogramu racy systemu rzy określonej gotowości i ustalonym wyosażeniu. Wrowadzenie Analizując oecny stan systemu ooru ołat na tle innych krajów Unii uroejskiej można zauważyć, iż istnieją odległe w czasie możliwości rozwoju tego systemu wymuszające eksloatację ręcznych systemów ooru ołat. Modernizacja tego systemu do standardu krajów U ędzie możliwa nie wcześniej niż o 1 stycznia 2011 roku (Druk nr 4119 znak RM z dnia 1 czerwca

2 194 PROBLMY KPLOATACJI r. o zmianie ustawy o drogach ulicznych i niektórych innych ustaw). Należy jednak zauważyć, że niezawodność tego systemu jest szczególnie ważna, gdyż zaewnia on wływy z ołat za rzejazdy o drogach krajowych. Przerwanie działalności systemu ooru ołat sowoduje utratę wływów z ołat za rzejazdy, które to z kolei umożliwiają utrzymanie infrastruktury drogowej zaewniającą ciągłość usługi transortowej. Z tego też względu istnieje rzesłanka do oracowania otymalnej strategii eksloatacji systemu dla ustalonego wyosażenia i wymaganego oziomu gotowości systemu. Ze względu na fakt, iż nie naotkano ulikacji ezośrednio dotyczących wyznaczonych arametrów niezawodnościowych ręcznego systemu ooru ołat, to ay odowiednio oracować strategię eksloatacji systemu, należy określić rognozowaną niezawodność dla zastosowanego systemu. Oracowanie strategii eksloatacji wymaga stworzenia modelu niezawodnościowego systemu, którego oserwacja umożliwi adatację istniejących strategii w celu sełnienia wymagań eksloatacyjnoniezawodnościowych tego systemu, a w szczególności wymaganego oziomu gotowości, określonego w Podstawowych Wymaganiach Technicznych do Projektowania, Budowy, ksloatacji i Zwrotu Autostrady oracowanych rzez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych. W celu określenia rognozowanej niezawodności systemu można wykorzystać jedną z wielu metod rognozowania niezawodności oiektów technicznych. Powszechnie stosowany i uznawany jest model Military Handook 217 utworzony w celu zaewnienia standardu oceny niezawodności elementów elektronicznych i srzętu wojskowego do zwiększenia niezawodności rojektowanego srzętu. Model ten rzedstawia dwa sosoy rzewidywania niezawodności oiektów technicznych: rognozowanie na odstawie liczeności części (ang. Parts Count) oraz rognozowanie na odstawie analizy narażeń części (ang. Part tress Analysis). Metoda analizy narażeń części jest metodą ardziej dokładną i w jej rzyadku wskaźnik awaryjności dla każdego elementu jest oliczany osono na odstawie określonych oziomów ociążenia. Generuje ona zwykle mniejszy wskaźnik awaryjności niż metoda zliczania części. Ze względu na wysoki oziom analizy, metoda ta jest ardzo czasochłonna w orównaniu z innymi metodami, lecz daje ardzo wiarygodne wskaźniki awaryjności analizowanych elementów elektronicznych oiektów technicznych, co skłoniło do zastosowania tej metody rzy rognozowaniu niezawodności oiektów technicznych na rzykładzie ętli rzejazdowej w systemie ooru ołat. 1. Zastosowanie metody analizy narażeń części do rognozowania niezawodności na rzykładzie ętli rzejazdowej w systemie ooru ołat Zasadniczym elementem iorącym udział w rocesie ooru ołat jest ętla rzejazdowa montowana na unktach ooru ołat. Zadaniem ętli rzejazdo-

3 PROBLMY KPLOATACJI 195 wej jest wykrycie oecności ojazdu na stanowisku ooru ołat. Ogólna zasada działania ętli rzejazdowej oiera się na zmianie indukcyjności cewki wykonanej z rzewodu ętli indukcyjnej. Każda z ętli rzejazdowych na wjeździe zasilana jest oddzielnym generatorem o innej częstotliwości. Generowane rądy wirowe w metalowych częściach ojazdu zmniejszają indukcyjność cewki zwiększając częstotliwość generatora. Każdej z ętli rzyisany jest oddzielny miernik częstotliwości. Różnica między liczą imulsów zliczonych w kolejnych cyklach omiarowych jest miarą zmienności częstotliwości ętli. Wartość rogowa częstotliwości ętli zależna jest od rodzaju ojazdu. Na rysunku 1 rzedstawiono schemat lokowy ętli indukcyjnej [1] stosowanej w systemach ooru ołat na autostradach. Rys. 1. chemat lokowy systemu ętli indukcyjnych montowanych na stanowisku ooru ołat Przykładowo stosując metodę analizy narażeń części do oceny rzewidywanego wsółczynnika uszkodzeń wzmacniacza wejściowego [1] ętli indukcyjnej (rys. 2), dla elementów rezystorowych, rzyjęto nastęującą zależność [2]: λ = λ π [FPMH] (1) T P gdzie: λ wskaźnik uszkodzeń części, λ azowy wskaźnik uszkodzeń, π wsółczynnik środowiskowy,

4 196 PROBLMY KPLOATACJI π T wsółczynnik oddziaływania temeratury, π wsółczynnik ociążenia, π P wsółczynnik strat mocy, π wsółczynnik jakościowy. Rys. 2. chemat wzmacniacza wejściowego ętli indukcyjnej Dla rezystorów tyu RC mamy [2]: λ = 0,0017 (2) 1 1 ex a π T = = 1, , (3) T + 0,39 0,39 π = ( ower dissiation) = (0,1) = 0,407 (4) P π = 2,493 (5) π = 10 (6) (7)

5 PROBLMY KPLOATACJI 197 tąd całkowity rzewidywany wskaźnik uszkodzeń części dla 7 rezystorów tyu RC wynosi: λ = 0,0017 1,137 0,407 2, ,0 7 0,137 [ FPMH] (8) = Dla kondensatorów wzmacniacza wejściowego do oceny rzewidywanego wskaźnika uszkodzeń mamy [3]: λ = λ [FPMH ] (9) cv T R Analizując jak owyżej dla 4 kondensatorów tyu CK mamy [3]: λ = 0,00099 (10) 0,09 0,09 π = C = 0,1 = 0,812 (11) CV π = 10 (12) (13) 1 1 ex a π T = = 1,25 5 8, (14) T ,8 π = + 1 = + 1 = 3,37 (15) 0,6 0,6 (16) R tąd całkowity rzewidywany wskaźnik uszkodzeń części dla 4 kondensatorów tyu CK wynosi: λ = 0, , ,25 3,37 1,0 4 0,135[ FPMH] (17) = Do oceny rzewidywanego wsółczynnika uszkodzeń dla rzełączników rzyjęto nastęującą zależność [4]: λ = λ [FPMH ] (18) L C

6 198 PROBLMY KPLOATACJI gdzie: λ wskaźnik uszkodzeń części, λ azowy wskaźnik uszkodzeń, π L wsółczynnik ociążeniowy, π wsółczynnik jakościowy, π wsółczynnik środowiskowy, π C wsółczynnik łączeniowy. Analizując, jak owyżej, dla rzełącznika rezystywnego mamy [4]: λ = 0,1 (19) π = 2,145 (20) L (21) (22) π = 1,3 (23) C Całkowity rzewidywany wskaźnik uszkodzeń części dla rzełącznika rezystywnego wzmacniacza wejściowego wynosi: λ = 0,1 2,145 1,0 1,0 1,3 0,278[ FPMH] (24) = Do oceny rzewidywanego wsółczynnika uszkodzeń dla tranzystorów iolarnych rzyjęto nastęującą zależność [5]: λ = λ R T A [FPMH] (25) gdzie: λ wskaźnik uszkodzeń części, λ azowy wsółczynnik uszkodzeniowy, π wsółczynnik jakościowy, π wsółczynnik środowiskowy, π A wsółczynnik rodzajowy, π T wsółczynnik temeraturowy, π R wsółczynnik mocy, π wsółczynnik ociążeniowy.

7 PROBLMY KPLOATACJI 199 Analizując, jak owyżej, dla tranzystorów iolarnych mamy [5]: λ = 0,00074 (26) (27) R π = 2,4 (28) (29) ( 3,1 ( V )) 0, 537 π 0,045 ex = (30) = 1 1 π ex 2114 T = = 1, (31) TJ + π = 1,5 (32) A Całkowity rzewidywany wskaźnik uszkodzeń części dla 3 tranzystorów iolarnych wzmacniacza wejściowego wynosi: λ = 0, ,0 2,4 1,0 0,537 1,466 1,5 3 λ = 0,00629[ FPMH ] (33) Całkowity rzewidywany wskaźnik uszkodzeń wzmacniacza wejściowego ętli indukcyjnej wynosi zatem: λ = λ = 0, , , , ,56 [ FPMH ] (34) InAMP = Analizując odonie ozostałe oiekty techniczne ędące składowymi ętli rzejazdowej otrzymano nastęujący rzewidywany całkowity wskaźnik uszkodzeń: stąd [6]: λ 9,763 [ FPMH ] (35) Inductive Loo = 1 MTBF = = ,335[ hrs] (36) λ

8 200 PROBLMY KPLOATACJI Podsumowanie Zastosowana metoda analizy narażeń części umożliwiła określenie rzewidywanego wskaźnika uszkodzeń ętli rzejazdowej, ędącej zasadniczym elementem systemu ooru ołat. Wartości intensywności naraw oszacowane zostaną na odstawie standardu MIL-HDBK-472 rzy omocy rocedur 2, 5A i 5B oraz MIL-TD-1388 w dalszej części racy na odstawie metody AT-2 (MTTR rediction). Wyznaczone wskaźniki niezawodności i ezieczeństwa systemu ędą omocne rzy tworzeniu redyktywnego modelu systemu ooru ołat ozwalającego na oracowanie harmonogramu racy systemu rzy wymaganym oziomie gotowości, określonym w Podstawowych Wymaganiach Technicznych do Projektowania, Budowy, ksloatacji i Zwrotu Autostrady oracowanych rzez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych. Biliografia 1. United tates Patent, Al. No. 777,854 VHICL PRNC LOOP DTCTOR. 2. Military Handook: Reliaility Prediction of lectronic quiment. UA Deartment of Defense, MIL-HDBK-217F: 9.1 RITOR, 28 II 1995 r. 3. Military Handook: Reliaility Prediction of lectronic quiment. UA Deartment of Defense, MIL-HDBK-217F Notice 2: 10.1 CAPACITOR, FIXD, CRAMIC, GNRAL PURPO 28 II 1995 r. 4. Military Handook: Reliaility Prediction of lectronic quiment. UA Deartment of Defense, MIL-HDBK-217F: 14.1 WITCH, 28 II 1995 r. 5. Military Handook: Reliaility Prediction of lectronic quiment. UA Deartment of Defense, MIL-HDBK-217F: 6.3 TRANITOR, LOW FRUNCY, BIPOLAR, 28 II 1995 r. 6. Military Handook: lectronic Reliaility Design Book. UA Deartment of Defense, MIL-HDBK-338B: 1 IX 1998 r. Recenzent: Wojciech ZAMOJKI The use of the Part tress Analysis method to redict the reliaility of the technical ojects on the examle of inductive loo alied on the toll collection system on highways Key-words The methods of redicting the reliaility of the technical ojects, the toll collection system, the Parts tress Analysis method.

9 PROBLMY KPLOATACJI 201 ummary The article resents the concetion of the Parts tress Analysis rediction method and rocedures to redict the reliaility of the technical ojects on the examle of inductive loo in the toll collection system. The aim of the aove method will e, in further art of the article, the analysis and evaluation of the system allowing to elaorate of the work schedule of the system together with the defined availaility and equiment.

10 202 PROBLMY KPLOATACJI