Analiza wpływu uszkodzeń podsystemów autobusów na zagrożenia w systemie transportowym

Transkrypt

1 WDZIĘCZNY Andrzej 1 LANDOWSKI Bogdan 2 Analiza wpływu uszkodzeń podsystemów autobusów na zagrożenia w systemie transportowym WSTĘP Zagrożenie wypadkowe w ruchu drogowym zdefiniowano jako możliwość wystąpienia kolizji między pojazdami, pojazdem a człowiekiem lub pojazdem a nieruchomą przeszkodą. W artykule wyodrębniono trzy grupy przyczyn kolizji drogowych: nieprzestrzeganie przepisów ruchu drogowego przez kierujących, nieprzestrzeganie przepisów ruchu drogowego przez pieszych, uszkodzenia techniczne pojazdów. Przedmiotem analizy jest wpływ czynników wymuszających na powstawanie uszkodzeń wybranych podsystemów autobusów. Czynniki eksploatacyjne oddziałujące na elementy obiektów technicznych powodują niekorzystne zmiany wartości istotnych cech z uwagi na funkcjonowanie pojazdu, powodując uszkodzenia. Uszkodzenie zdefiniowano w pracy jako przekroczenie dopuszczalnych wartości granicznych dla tych cech. Uszkodzenia są zdarzeniami, które mają istotny wpływ na obniżanie efektywności działania środków transportu. Wśród czynników wymuszających można wyróżnić czynniki wynikające z niewłaściwego działania człowieka oraz wynikające z oddziaływań otoczenia na obiekty techniczne. Zapewnienie stanu zdatności obiektom technicznym jest możliwe między innymi dzięki prawidłowej identyfikacji i lokalizacji uszkodzeń, określenie ich bezpośredniej i pośredniej przyczyny oraz procesów powodujących starzenie i zużywanie się elementów maszyn, a następnie usuwaniu uszkodzeń i następstw procesów zużywania. Działania profilaktyczne związane z zapewnieniem zdatności obiektów technicznych wykonywane są w ramach procesów obsługiwania, natomiast procesy odnowy przywracają potencjał eksploatacyjny maszyn [9, 10, 11, 12]. Uszkodzenia powstające w procesie użytkowania pojazdu są przyczyną zagrożeń zdrowia i życia ludzi oraz środowiska. W pracy dokonano oceny zagrożeń powstających w procesie użytkowania pojazdów, wynikających z nieprawidłowego funkcjonowania podsystemów autobusów komunikacji miejskiej. Błędy człowieka w fazie eksploatacji pojazdu można podzielić na błędy występujące: w procesie użytkowania, w procesie zapewnienia zdatności, a także w otoczeniu pojazdu. Jeżeli powstałe uszkodzenia nie są ze sobą związane więzią przyczynowo-skutkową, czyli są niezależne oraz występują w sposób losowy, to należy przyjąć, że są to uszkodzenia pierwotne. Jeżeli natomiast uszkodzenia są zależne i powstają w wyniku błędów człowieka w procesie obsługowym uszkodzenia pierwotnego lub w wyniku błędów kierowcy w procesie użytkowania pojazdu, to są to uszkodzenia powtarzalne. Uszkodzenia powtarzalne autobusów w fazie eksploatacji mogą zachodzić na skutek błędów człowieka: a) w procesie obsługi (błędy diagnozowania, błędy demontażu i montażu elementów, stosowanie nieodpowiednich części zamiennych np. nieoryginalnych, stosowanie zastępczych środków naprawczych), b) w procesie użytkowania (błędy operatora-kierowcy, błędy pasażerów), c) w innych procesach (oddziaływania z otoczeniem obiektu technicznego). W artykule poddano analizie uszkodzenia wybranych podsystemów autobusów oraz dokonano oceny ich wpływu na zagrożenia zdrowia i życia ludzi oraz otoczenia. Najczęstszą przyczyną kolizji 1 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Bydgoszcz, ul. Kaliskiego 7, Tel , andy@utp.edu.pl 2 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Bydgoszcz, ul. Kaliskiego 7, Tel , lbogdan@utp.edu.pl 6644

2 drogowych spowodowanych uszkodzeniami pojazdów są niezdatności takich podsystemów jak np.: hamulcowego, jezdnego, zawieszenia czy oświetlenia. Badania zrealizowano na wybranej losowo próbce obiektów technicznych eksploatowanych w rzeczywistym systemie autobusowej komunikacji miejskiej. 1. CEL W niniejszej pracy dokonano oceny stopnia ryzyka wynikającego z uszkodzeń wybranych podsystemów autobusów komunikacji miejskiej, ponieważ głównym celem komunikacji miejskiej jest zapewnienie pasażerom bezpiecznych przewozów. 2. OBIEKT BADAŃ Obiektem badań jest rzeczywisty system autobusowej komunikacji miejskiej w dużej aglomeracji. Głównym zadaniem tego systemu jest realizacja przewozów pasażerów zarówno na terenie miasta i w strefie podmiejskiej. Podstawowe wymagania stawiane systemom tego typu, to przede wszystkim: zapewnienie bezpiecznych przewozów pasażerskich, realizacja przewozów po wyznaczonych trasach, realizacja przewozów według ustalonego harmonogramu (punktualność i częstotliwość). W analizowanym systemie autobusowej komunikacji miejskiej eksploatowano około 200 środków transportu (autobusów miejskich) różnych marek i typów. 3. BADANIA EKSPLOATACYJNE Badania eksploatacyjne dotyczyły oceny skuteczności napraw realizowanych trzech typów autobusów eksploatowanych w badanym systemie autobusowej komunikacji miejskiej. Badaniom poddano próbkę złożoną z 21 autobusów, po 7 autobusów z każdego badanego typu. Poszczególne autobusy zostały wybrane do badań metodą losową. Badania eksploatacyjne zostały przeprowadzone metodą eksperymentu biernego w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Informacje o ilościach uszkodzeń oraz przebiegów kilometrowych pomiędzy chwilami realizowanych napraw wyróżnionych podsystemów autobusów dotyczyły pięcioletniego okresu eksploatacji środków transportu. 4. METODYKA OCENY STOPNIA RYZYKA ORAZ WSKAŹNIKA SKUTECZNOŚCI NAPRAW W wyniku przeprowadzonej analizy wybranych metod oceny ryzyka (FMEA, ET/OU, FMECA) powstawania zagrożenia w trakcie eksploatacji środków transportu miejskiego, do badań wybrano metodę FMEA ze względu na łatwość jej stosowania przy jednoczesnej możliwości dokładnego odwzorowania. Metoda ta polega na wyznaczeniu stopnia ryzyka zaistnienia zdarzeń niebezpiecznych R w zależności od prawdopodobieństwa wystąpienia błędu tj. uszkodzenia lub awarii środka transportu P, oceny wskaźnika skutków tego błędu Z oraz wskaźnika wykrywalności tego uszkodzenia W. Metoda ta może być stosowana zarówno do badania obiektów technicznych jako całości jak i ich podsystemów. Natomiast ryzyko zdefiniowano jako kombinację możliwości wystąpienia zdarzenia niepożądanego i wielkości strat które ono spowoduje [5, 6, 12]. Istnieją dwie metody oceny stopnia ryzyka: jedna związana z kosztami, druga związana z wykrywalnością uszkodzeń. W pracy zastosowano metodę związaną z wykrywalnością uszkodzeń, która jest adekwatna do treści opracowania. Wskaźnik ryzyka zaistnienia zdarzeń niebezpiecznych R opisano zależnością (1) na podstawie [5]: R P K Z (1) gdzie: P - prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia, K - koszty eksploatacyjne wystąpienia zdarzeń niebezpiecznych, 6645

3 Z - wskaźnik skutków spowodowanych przez zdarzenie. Ocenę stopnia ryzyka metodą FMEA, w zależności od potrzeby prowadzi się mniej lub bardziej szczegółowo. Realizuje się to poprzez wyznaczanie wartości stopnia ryzyka R [5, 6], według zależności (2): R P W Z (2) gdzie: R - całościowa ocena stopnia ryzyka (związanego z wystąpieniem uszkodzenia) uwzględniająca losowość zdarzeń, P - wskaźnik wystąpienia uszkodzenia uwzględniający prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia, którego wartość dotyczy oceny prawdopodobieństwa uszkodzenia od znikomego do bardzo prawdopodobnego, W - wskaźnik wykrywalności uszkodzenia, którego wartość wyznacza się na podstawie prawdopodobieństwa wykrycia uszkodzenia przez kierowcę, Z - wskaźnik skutków uszkodzenia (znaczenie błędu), określa prawdopodobieństwo straty występujące po zaistnieniu danego uszkodzenia [1, 2, 4, 6]. Wartości wskaźników P, W, Z normalizuje się w przedziale Dalsze działania uzależnione są od wartości stopnia oceny ryzyka R [1]. Duża wartość stopnia ryzyka R powinna stanowić podstawę do podjęcia działań minimalizujących wystąpienie uszkodzenia [6, 7]. W tabeli 1 zamieszczono propozycję przykładowych wartości wskaźników P, W, Z, wykorzystywanych do wyznaczania wartości stopnia ryzyka. Tab.1. Przykładowe wartości wskaźników P, W, Z Prawdopodobieństwo wystąpienia Wskaźnik wykrywalności - błąd może uszkodzenia - uszkodzenie może się być wykryty (występowanie) zdarzyć (występowanie) Wskaźnik skutków uszkodzenia - oddziaływanie (znaczenie) P W Z Nieprawdopodobne 1 Duże prawdopodobieństwo 1 Prawie nieodczuwalne 1 Bardzo mało Umiarkowane 2 3 prawdopodobne prawdopodobieństwo 2 5 Niewielkie obciążenie 2 3 Mało prawdopodobne 4 6 Niewielkie Umiarkowanie średni 6 8 prawdopodobieństwo błąd 4 6 Umiarkowanie Bardzo małe 7 8 prawdopodobne prawdopodobieństwo 9 Ciężki błąd 7 8 Wielce prawdopodobne 9 10 Nieprawdopodobne 10 Nadzwyczaj ciężki błąd 9 10 W niniejszym opracowaniu ocena prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia jest oceną subiektywną. Przydział punktów jest uzależniony od wiedzy i predyspozycji badacza. Na podstawie analizy literatury przedmiotu oraz badań własnych w tabeli 2 przedstawiono przydział punktów w zależności od prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia. Tab. 2. Zależność liczby przyznanych punktów od prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia Liczba punktów Możliwość występowania zdarzenia Prawdopodobieństwo 1 Bardzo słaba 0,001 0, Słaba 0,08 0, Umiarkowana 0,16 0, Częsta 0,24 0, Duża 0,32 0,39 10 Bardzo duża > 0,39 W celu określenia wartości ryzyka poszczególnych układów autobusów miejskich przeprowadzono analizę uszkodzeń ich podsystemów. W tym celu autobus miejski zdekomponowano na 10 podsystemów co przedstawiono w tabeli

4 Tab. 3. Zależność liczby przyznanych punktów od prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia Silnik - SI Nadwozie - NA Przeniesienie napędu - PN Układ kierowniczy - UK Układ jezdny - UJ Układ zasilania sprężonym powietrzem - ZP Instalacja elektryczna - IE Układ zawieszenia - ZA Układ hamulcowy - HA Pozostałe - IN Następnie dokonano analizy uszkodzeń podsystemów autobusów w okresie objętym badaniami. Analizę przeprowadzono na podstawie informacji źródłowych zawartych w dokumentach takich jak np. Karta Drogowa, Zlecenie Naprawy. Na podstawie analizy rzeczywistych strumieni uszkodzeń podsystemów autobusów, przyjęto dwa kryteria klasyfikacji uszkodzeń. Pierwszym kryterium były wartości średnich przebiegów kilometrowych pojazdów natomiast drugim średnie wartości przedziałów czasowych pomiędzy poszczególnymi chwilami wystąpienia uszkodzeń. Na tej podstawie stwierdzono, że uszkodzenia powtarzalne występują w sekwencjach po pojawieniu się uszkodzenia pierwotnego i są wynikiem niewłaściwie zrealizowanych napraw uszkodzonych podsystemów pojazdów. wskaźnika skuteczności realizowanych napraw j-tego podsystemu autobusu opisano zależnością (3) [8]: S Nj WS j 100 %,, j = 1,2,3,4,5 (3) Nj gdzie: N S j (t) liczba napraw skutecznych j-tego podsystemu pojazdu do chwili t, N j (t) liczba napraw j-tego podsystemu pojazdu do chwili t. 5. WYNIKI BADAŃ Wyniki badań eksploatacyjnych dotyczących oceny stopnia ryzyka oraz skuteczności realizowanych napraw podsystemów pojazdów przedstawiono w tabeli 4. Tab. 4. Wartości stopnia ryzyka, wskaźników P, Z, W oraz stopnia skuteczności napraw wybranych podsystemów badanych autobusów Numer wskaźnika Kod stopnia kolejny skuteczności prawdopodobieństwa P Z W wskaźnika wskaźnika wskaźnika podsystemu ryzyka autobusu napraw R w % IE 32,65 0, PN 35,71 0, NA 30,23 0, SI 30,30 0, HA 36,36 0, IE 35,48 0, PN 29,79 0, NA 31,31 0, SI 45,16 0, HA 31,58 0, IE 26,85 0, PN 30,95 0, NA 28,21 0, SI 38,78 0, HA 38,26 0, IE 30,19 0, PN 41,38 0, NA 40,98 0, SI 32,56 0, HA 34,38 0,

5 Tab. 4. Wartości stopnia ryzyka, wskaźników P, Z, W oraz stopnia skuteczności napraw wybranych podsystemów badanych autobusów cd. Numer wskaźnika Kod kolejny skuteczności stopnia podsystemu autobusu napraw prawdopodobieństwa wskaźnika wskaźnika wskaźnika ryzyka w % P Z W R IE 37,70 0, PN 32,10 0, NA 31,58 0, SI 28,89 0, HA 30,36 0, IE 30,43 0, PN 37,97 0, NA 31,65 0, SI 30,23 0, HA 34,39 0, IE 36,36 0, PN 39,22 0, NA 31,25 0, SI 34,21 0, HA 33,33 0, IE 35,71 0, PN 37,50 0, NA 36,71 0, SI 34,40 0, HA 43,75 0, IE 29,27 0, PN 20,00 0, NA 32,43 0, SI 34,88 0, HA 27,50 0, IE 34,87 0, PN 30,77 0, NA 37,50 0, SI 28,87 0, HA 34,55 0, IE 33,91 0, PN 66,67 0, NA 31,71 0, SI 28,57 0, HA 37,50 0, IE 28,93 0, PN 50,00 0, NA 28,70 0, SI 25,86 0, HA 30,00 0, IE 30,09 0, PN 50,00 0, NA 31,16 0, SI 27,16 0, HA 37,04 0, IE 32,35 0, PN 20,00 0, NA 31,68 0, SI 30,34 0, HA 38,46 0,

6 Tab. 4. Wartości stopnia ryzyka, wskaźników P, Z, W oraz stopnia skuteczności napraw wybranych podsystemów badanych autobusów cd. Numer wskaźnika Kod stopnia kolejny skuteczności prawdopodobieństwa P Z W wskaźnika wskaźnika wskaźnika podsystemu ryzyka autobusu napraw R w % IE 29,13 0, PN 35,56 0, NA 35,48 0, SI 28,33 0, HA 25,00 0, IE 35,37 0, PN 25,37 0, NA 38,71 0, SI 40,98 0, HA 27,59 0, IE 36,07 0, PN 36,11 0, NA 34,62 0, SI 31,58 0, HA 47,06 0, IE 28,57 0, PN 40,38 0, NA 26,42 0, SI 30,43 0, HA 27,27 0, IE 29,41 0, PN 41,67 0, NA 32,35 0, SI 34,00 0, HA 26,67 0, IE 28,68 0, PN 27,87 0, NA 31,68 0, SI 32,14 0, HA 35,71 0, IE 30,47 0, PN 37,08 0, NA 29,67 0, SI 40,54 0, HA 22,73 0, PODSUMOWANIE Na podstawie analizy danych zawartych w tabeli 2 można stwierdzić, że średnia wartość wskaźnika skuteczności napraw wybranych podsystemów autobusów objętych badaniami jest niska i stanowi około 33%. Tak niska wartość wskaźnika skuteczności napraw powoduje znaczne obniżenie poziomu niezawodności działania środków transportu wynikające z niemożliwości realizacji zadań. Zmusza to decydentów systemu transportowego do stosowania tzw. autobusów zastępczych celem realizacji harmonogramu kursów, co wiąże się z dodatkowymi nakładami finansowymi na realizację zadań przewozowych. Wyniki zrealizowanych badań eksploatacyjnych autobusów dotyczących uszkodzeń ich podsystemów oraz chwil ich wystąpienia świadczą o tym, że środki transportu podlegają uszkodzeniom z nadmierną częstotliwością z powodu występowania znacznej liczby uszkodzeń powtarzalnych zespołów i ich elementów. To zjawisko jest główną przyczyną nieuzasadnionych, wysokich nakładów finansowych ponoszonych na przywracanie zdatności środkom transportu. 6649

7 Z analizy informacji źródłowych wynika, że uszkodzenia powtarzalne podsystemów autobusów, będące następstwem nieskutecznie zrealizowanych napraw, należy eliminować w procesie obsługowym. Można to realizować np. poprzez: wprowadzenie kontroli technicznej realizowanych napraw, podnoszenie kwalifikacji pracowników, odpowiednią motywację pracowników, wyposażenie stanowisk naprawczych w oprzyrządowanie technologiczno-naprawcze, przestrzeganie harmonogramu realizacji przeglądów i wymian, właściwe diagnozowanie przed- i ponaprawcze, stosowanie odpowiednich części zamiennych, stosowanie odpowiednich środków naprawczych, właściwy montaż i demontaż. Należy również dążyć do zmniejszenia wartości stopnia ryzyka wynikającego z nadmiernej liczby uszkodzeń podsystemów autobusów. Jednym ze sposobów jest minimalizowanie liczby uszkodzeń powtarzalnych. Największe wartości stopnia ryzyka wystąpiły w przypadku takich podsystemów autobusów jak np.: silnik, przeniesienie napędu oraz nadwozie. W większości przypadków wartości tego wskaźnika przekroczyły 50, a nawet w wybranych przypadkach zbliżyły się do 100. W metodzie oceny ryzyka FMEA niewielkie zmiany wartości wskaźników powodują znaczne zmiany wartości stopnia ryzyka wystąpienia zdarzeń niepożądanych spowodowanych uszkodzeniem podsystemów autobusów. Z tego względu do wyznaczania hierarchii elementów z punktu widzenia ich oddziaływania na wartość stopnia ryzyka należy dokonać oceny wartości poszczególnych składników iloczynu. Na globalną ocenę ryzyka R wpływa wartość iloczynu następujących wskaźników: wykrywalności uszkodzenia, skutków uszkodzenia oraz prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia. Całościowa ocena ryzyka może przyjmować znaczne wartości nawet wtedy gdy wartość tylko jednego ze wskaźników jest wysoka. W przypadku uszkodzeń podsystemów autobusów, dla których wartość wskaźnika skutków uszkodzeń jest mała może prowadzić do sformułowania mylnych wniosków. Oceniając wartość stopnia ryzyka należy również dokonać analizy wartości pozostałych wskaźników tj. P, Z, W. Streszczenie W pracy poddano analizie zagrożenia jakie wynikają z działalności komunikacji miejskiej. W pracy wykorzystano metodę analizy rodzajów i skutków niezdatności (FMEA), polegającą na określeniu prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia oraz jego skutków w odniesieniu do badanego obiektu technicznego lub jego elementów, do wyznaczania zagrożeń związanych z komunikacją miejską. Badania przeprowadzono w rzeczywistym systemie eksploatacji autobusów komunikacji miejskiej na wybranej losowo próbce. W analizowanym systemie autobusowej komunikacji miejskiej eksploatowanych było 210 środków transportu (autobusów miejskich) różnych marek i typów. Badania eksploatacyjne dotyczyły trzech wybranych typów autobusów, użytkowanych w analizowanym systemie autobusowej komunikacji miejskiej. Do badań wybrano 21 autobusów. Każda grupa składała się z 7 pojazdów tego samego typu. Analizie poddano uszkodzenia podsystemów pojazdów, które przyjęto za najistotniejsze z punktu widzenia celu pracy czyli oceny poziomu ryzyka. W celu określenia wartości stopnia ryzyka poszczególnych podsystemów autobusów miejskich przeprowadzono analizę stopnia skuteczności napraw ich uszkodzeń. Analysis of the impact damage to the bus subsystems to the risks in the transport system Abstract The analyses of the threats in the activity of the municipal transport was contained in the paper. The methods of the sorts analysis and the methods of the unfitness result analysis was used. The FMEA depends on qualification of pronouncement probability in reference damage. This analysis are useful for marking of the municipal transport threats. The research was in the real systems of the bus municipal transport used the random sample of the data. In the analyzed system of municipal bus transportation there are used 6650

8 210 transport means (city buses) of different makes and types. Experimental tests applied to three selected types of buses, used in the analyzed system of bus transportation. 21 vehicles were chosen for the analysis. Each group consisted of 7 buses of the same type. The analysis covered damage to the vehicle subsystems which were assumed to be of the biggest significance in terms of the paper goal, that is risk. In order to determine the value of risk degree of particular subsystems (assemblies) of city buses, an analysis of their damage and repair degree was carried out. BIBLIOGRAFIA 1. Bezpieczeństwo oraz degradacja maszyn: Pierwsze Konwersatorium BDM. Wydawnictwo Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej, Wrocław - Szklarska Poręba Bizon-Górecka J., Ocena ryzyka zawodowego w wybranym systemie produkcyjnym metodą FMEA. Wydawnictwo Uczelniane Akademii Techniczno - Rolniczej w Bydgoszczy, Bydgoszcz Jamroż K., Grzegorzek A., Bezpieczeństwo ruchu w miastach i metody jego poprawy. Transport miejski nr 6/ Jaźwiński J., Ważyńska-Fiok K., Bezpieczeństwo systemów. PWN. Warszawa PN-IEC , 1999., Analiza ryzyka w systemach technicznych. Wydawnictwa Normalizacyjne, Warszawa Radkowski S., Podstawy bezpiecznej techniki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Suchodolski S., Pojęcie i miary bezpieczeństwa w piśmiennictwie światowym. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, Zeszyt 2 (102) Politechnika Warszawska, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Warszawa Wdzięczny A., Evaluation of the effectiveness of repairs carried out of centres of the road transport. Journal of POLISH CIMAC Vol. 7; No 3 Selected problems of designing and operating technical systems, Woropay M., Knopik L., Landowski B., Modelowanie procesów eksploatacji w systemie transportowym. Instytut Technologii i Eksploatacji, Bydgoszcz Radom Woropay M., Landowski B., Jaskulski Z., Wybrane problemy eksploatacji i zarządzania systemami technicznymi. Wydawnictwo Uczelniane Akademii Techniczno Rolniczej w Bydgoszczy, Bydgoszcz Woropay M., Landowski B., Neubauer A., Sterowanie niezawodnością w systemach transportowych. Instytut Technologii Eksploatacji PIB, Bydgoszcz Radom Żółtowski B., Landowski B., Przybyliński B., Projektowanie eksploatacji maszyn. Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji PIB, Radom Bydgoszcz