Analiza RAMS i LCC systemów sterowania ruchem kolejowym

NOWAKOWSKI Waldemar 1 ŁUKASIK Zbigniew 2 KUŚMIŃSKA-FIJAŁKOWSKA Aldona 3 Analiza RAMS i LCC systemów sterowania ruchem kolejowym WSTĘP Zmiany w przemyśle kolejowym stymulowane są przez wiele czynników, między innymi przez rosnące wymagania jakościowe i techniczne dla wyrobów kolejowych, a także uregulowania normalizacyjne i prawne. Obszarem szczególnie ważnym jest zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa transportu kolejowego. Realizacja tego celu będzie możliwa pod warunkiem spełnienia przez podmioty działające na rynku kolejowym wysokich standardów technicznych i organizacyjnych. Uregulowania w zakresie zapewnienia jakości i bezpieczeństwa branży kolejowej są wielopłaszczyznowe. Podstawowymi dokumentami zawierającymi zalecenia w tym zakresie są Dyrektywy Unii Europejskiej, w tym m.in. dyrektywa 2008/110/WE z dnia 16 grudnia 2008r. w sprawie bezpieczeństwa kolei wspólnotowych oraz dyrektywa 2008/57/WE z dnia 17 czerwca 2008r. w sprawie interoperacyjności systemu kolei we Wspólnocie, która stanowi skonsolidowaną wersję dotychczas obowiązujących dyrektyw dotyczących interoperacyjności dla kolei dużych prędkości (96/48/WE) i dla kolei konwencjonalnej (2001/16/WE) [4, 6]. Odmienną grupą standardów dotyczących wymagań jakościowych i bezpieczeństwa w branży kolejowej są normy CENELEC (EN-50126, EN-50128, EN-50129 oraz EN-50159) [5, 6]. Coraz większe znaczenie w sprostaniu rosnącym wymaganiom ma również międzynarodowy standard kolejowy IRIS (ang. International Railway Industry Standard) opracowany pod patronatem UNIFE (Europejskie Zrzeszenie Przemysłu Kolejowego) i przy współudziale największych producentów przemysłu kolejowego (m.in. Bombardier Transportation, Alstom Transport, Siemens Transportation) [3, 9]. Wymagania jakościowe dla wyrobów produkowanych dla kolejnictwa zawarte w standardzie IRIS dotyczą między innymi analizy RAMS (ang. Reliability, Availability, Maintainability, Safety) zapewniającej wzrost niezawodności, dostępności, podatności na utrzymanie i serwisowanie oraz bezpieczeństwa, a także analizy LCC (ang. Life Cycle Cost), czyli analizy całego kosztu cyklu życia wyrobu. 1. ANALIZA RAMS Analiza RAMS (akronim od słów Reliability, Availability, Maintainability, Safety) ściśle związana jest z normami CENELC dotyczącymi wyrobów kolejowych, a szczególnie z normą EN-50126, w której zdefiniowano następujące kryteria oceny [11]: 1. Niezawodność (ang. Reliability) - prawdopodobieństwo, że dany wyrób będzie wykonywać żądane funkcje w ustalonych warunkach przez określony czas: średni czas między awariami MTBF (ang. Mean Time Between Failures), średni czas do awarii MTTF (ang. Mean Time To Failure). 2. Dostępność (ang. Availability) - zdolność wyrobu do znajdowania się w stanie umożliwiającym wypełnienie wymaganych funkcji (wyrażona w procentach lub jako prawdopodobieństwo). 3. Naprawialność (ang. Maintainability) - prawdopodobieństwo przywrócenia sprawności obiektowi w określonym czasie: średni czas naprawy MTTR (ang. Mean Time To Repair), średni czas pomiędzy przeglądami MTBM (ang. Mean Time Between Maintenance), czas trwania przeglądu MTTM (ang. Mean Time to Maintenance), 1 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Transportu i Elektrotechniki; 26-600 Radom; ul. Malczewskiego 29, tel: + 48 (48) 361-77-17, w.nowakowski@uthrad.pl 2 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Transportu i Elektrotechniki; 26-600 Radom; ul. Malczewskiego 29, tel: + 48 (48) 361-70-10, z.lukasik@uthrad.pl 3 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Transportu i Elektrotechniki; 26-600 Radom; ul. Malczewskiego 29, tel: + 48 (48) 361-77-16, a.kusminska@uthrad.pl 5075

koszty obsługi, koszty utrzymania. 4. Bezpieczeństwo (ang. Safety) - brak nieakceptowalnego poziomu ryzyka. Problematyce analizy zagrożeń i analizy ryzyka, jako kombinacji prawdopodobieństwa i skutków określonego zdarzenia niebezpiecznego poświęcona jest norma EN-50129 [5]. Norma ta definiuje bezpieczeństwo jako brak niedopuszczalnego ryzyka. System uznaje się za bezpieczny, jeżeli ryzyko związane z działaniem systemu jest do przyjęcia. Dla systemów sterowania ruchem kolejowym przyjęto cztery poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa SIL (ang. Safety Integrity Level). Poziom SIL określany jest miarą liczby zadziałań do wystąpienia usterki/błędu definiowaną poprzez współczynnik tolerowanego zagrożenia THR (ang. Tolerable Hazard Rate). Wartość współczynnika THR wyznacza się na analitycznie [1, 8, 14]. Najmniej restrykcyjne wymagania dotyczą poziomu SIL1, najbardziej SIL4 (tab. 1). Tab. 1. Tablica SIL [12] Współczynnik Tolerowanego Zagrożenia (THR) Poziom Nienaruszalności Bezpieczeństwa (SIL) 10-9 THR < 10-8 4 10-8 THR < 10-7 3 10-7 THR < 10-6 2 10-6 THR < 10-5 1 Zgodnie z normą EN-50129 dokumentem, w którym sporządza się analizę ryzyka jest dowód bezpieczeństwa. Należy podkreślić, że dokument ten jest wymagany na etapie certyfikacji systemu, która dla systemów nie spełniających TSI (Technicznych Specyfikacji Interoperacyjności) ma postać świadectwa dopuszczenia do eksploatacji typu, a dla spełniających TSI -postać certyfikatu weryfikacji WE (w odniesieniu do właściwych TSI, których dotyczyła ocena zgodności). Metody oceny bezpieczeństwa CSM (ang. Common Safety Method) w zakresie wyceny i oceny ryzyka prowadzą do zachowania poziomu bezpieczeństwa kolei wspólnotowych [14]. Zarządzanie ryzykiem, w ramach którego identyfikuje się zagrożenia oraz związane z nimi wymogi bezpieczeństwa jest zgodne z modelem V cyklu życia systemu [11], co zostało przedstawione na rysunku 1. Rys. 1. Model V cyklu życia systemu 5076

Lewa strona modelu V określana jest w normie mianem tworzeniem systemu, zaś prawa ma związek z jego instalacją, odbiorem i eksploatacją [11, 14]. 2. ANALIZA LCC Metodą całościowego oszacowania kosztów cyklu życia wyrobu jest analiza LCC (ang. Life Cycle Cost). Dokumentem normatywnym, w którym omówiono analizę LCC jest norma PN-EN 60300-3-3 [13]. W normie tej wskazano cele i znaczenie szacowania kosztu cyklu życia wyrobu oraz określono typowe elementy tych kosztów. Podstawowym celem szacowania kosztów cyklu życia wyrobu jest wyznaczenie i/lub optymalizacja tych kosztów przy spełnianiu przez wyrób nie tylko wymagań funkcjonalnych, ale również parametrów RAMS. Analizą LCC powinny być objęte wszystkie fazy cyklu życia systemu sterowania ruchem kolejowym (rys. 1): 1. Koncepcja i definiowanie. 2. Projektowanie i rozwój. 3. Produkcja. 4. Instalowanie. 5. Eksploatacja i utrzymanie. 6. Wycofanie i likwidacja. Łączne koszty powinny uwzględniać: koszty nabycia, koszty posiadania, koszty likwidacji. Koszty nabycia, które wpływają na cenę systemu, to koszty ponoszone głównie w czterech pierwszych fazach cyklu życia. Koszty posiadania związane są z fazą eksploatacji i utrzymania, a koszty likwidacji, z fazą wycofania i likwidacji. Łączne koszty można wyliczyć korzystając z następującego równania [10]: n 1 LCC A ( O ) D (1) o j j n j 1 (1 d) gdzie: A (ang. Asset Cost) koszty zakupu i uruchomienia systemu, o O (ang. Cost of Operation and Maintenance) koszty eksploatacji i utrzymania systemu, j D n (ang. Disposal Cost) koszty likwidacji systemu, j... n (and. Life-Time) czas życia systemu (wyrażony w latach), d (ang. Discount Rate) stopa dyskontowa. Koszty nabycia, jak również koszty likwidacji, są stosunkowo łatwe do oszacowania przez producenta systemu. Zdecydowanie trudniej jest oszacować koszty posiadania, na które składają się m.in: koszty obsługi, koszty konserwacji, planowanych remontów, koszty usuwania awarii, koszty energii. Analiza LCC znajduje obecnie coraz większe zastosowanie. Uwzględnia bowiem nie tylko koszty zakupu systemu sterowania ruchem kolejowym, ale również koszty jego eksploatacji. Pozwala to na wybór przez inwestora najbardziej ekonomicznych rozwiązań [15]. Zgodnie z zapisami ustawy z dnia 29 stycznia 2004r. Prawo zamówień publicznych (PZP), zamawiający zobowiązany jest do podania w SIWZ (Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia) kryteriów wyboru oferty [16]. Wcześniej, jako jedyne kryterium bardzo często była podawana cena. Nowelizacja przepisów, które weszły 5077

w życie 19 października 2014r. wprowadziła potrzebę uwzględniania innych niż tylko cena kryteriów oceny. Zamawiający już na etapie definiowania SIWZ powinien dużą uwagę przywiązywać również do kosztów związanych z utrzymaniem i eksploatacją zamawianych systemów. Zostało to wyraźnie sprecyzowane w znowelizowanych przepisach (art. 91 poz. 2 PZP), w świetle których, "kryteriami oceny ofert są cena albo cena i inne kryteria odnoszące się do przedmiotu zamówienia". Ustawa PZP w art. 2 poz. 1a definiuje na te potrzeby "cykl życia produktu", jako "wszelkie możliwe kolejne fazy istnienia danego produktu, to jest: badanie, rozwój, projektowanie przemysłowe, produkcję, naprawę, modernizację, zmianę, utrzymanie, logistykę, szkolenie, testowanie, wycofanie i usuwanie" [5, 16]. Przeprowadzanie analizy LCC przez producentów systemów sterowania ruchem kolejowym staje się więc powoli wymogiem również w składaniu ofert przetargowych. WNIOSKI Analiza RAMS/LCC ma istotne znaczenie w ocenie jakościowej systemów sterowania ruchem kolejowym. Wyniki analizy RAMS pokazują bowiem nie tylko wartości parametrów niezawodnościowych i bezpieczeństwa systemów, ale także środki prowadzące do ich uzyskania, na przykład rodzaj użytych materiałów, komponentów i technologii. Analiza LCC w powiązaniu z RAMS pokazuje natomiast strukturę kosztów. Takie podejście wymusza na producentach systemów zachowanie norm jakościowych i bezpieczeństwa nie tylko na potrzeby certyfikacji systemów, ale również w całym cyklu życia systemu. Jednocześnie analiza RAMS/LCC jest ważna na etapie wyboru przez inwestora optymalnego rozwiązania. Zgodnie z zaleceniami uwzględniania innych niż tylko cena kryteriów oceny, inwestor ma możliwość porównania kosztów utrzymania, eksploatacji i likwidacji systemów, na etapie wyboru najlepszej oferty. Streszczenie Ocena jakościowa systemów sterowania ruchem kolejowym jest podstawowym wymogiem zapewnienia bezpieczeństwa transportu kolejowego. Spełnia ona istotną rolę w całym cyklu życia systemu, w tym szczególnie na etapie certyfikacji oraz przeprowadzania postępowania przetargowego. W artykule omówiono ocenę jakościową opartą na wynikach analizy RAMS/LCC, która jest zalecana do stosowania w przypadku systemów sterowania ruchem kolejowym. Analiza RAMS dotyczy niezawodności, dostępności, podatności na utrzymanie i serwisowanie oraz bezpieczeństwa systemów. Metodyka przeprowadzania tej analizy zawarta jest w normach CENELEC. Natomiast analiza LCC służy do wyznaczenia kosztów ponoszonych w całym cyklu życia systemów, czyli kosztów nabycia, posiadania i likwidacji. Dzięki tej metodzie inwestor ma możliwość porównania całkowitych kosztów cyklu życia systemów już na etapie wyboru najlepszej oferty. Słowa kluczowe: RAMS, LCC, systemy sterowania ruchem kolejowym. RAMS and LCC of analysis for railway traffic control systems Abstract Qualitative assessment of rail traffic control systems is a basic requirement to ensure the safety of rail transport. It fulfills an important role throughout the lifecycle of the system, especially at the stage of certification and conducting the tender procedure. The article discusses the qualitative assessment methods based on the results of the analysis of RAMS and LCC, which are recommended for use on railway traffic control systems. RAMS analysis concerns the reliability, availability, maintainability and safety of the systems. Methodology perform this analysis is contained in the CENELEC standards. LCC analysis is used to determine the costs incurred throughout the life cycle of systems, i.e. the cost of the acquisition, holding and liquidation. With this method, the investor has the opportunity to compare the total cost of the life cycle of the systems already at the stage of selecting the best offer. Keywords: RAMS, LCC, railway traffic control systems. 5078

BIBLIOGRAFIA 1. Kornaszewski M.: Safe computer solutions applied in new generation railway traffic control systems, Computer Systems Aided Science And Engineering Work in Transport, Mechanics and Electrical Engineering. Kasimir Pulaski Technical University of Radom, Faculty of Transport, Monograph No 122 Radom 2008. 2. Kozyra J.: Principles of operation of facts devices used in distribution systems. Computer systems aided science and engineering work in transport, mechanics and electrical engineering, Technical University of Transport, Radom, Monograph No 122, Radom 2008, ISNN: 1642-5278. 3. Kuśmińska-Fijałkowska A., Łukasik Z.: Efekty wynikające z wdrożenia Systemu Zarządzania Jakością, Czasopismo Logistyka 3/2014, str. 3565-3569, ISSN 1231-5478. 4. Łukasik Z., Nowakowski W., Kuśmińska-Fijałkowska A.: Procedury oceny zgodności, przydatności i weryfikacji WE składników interoperacyjności kolei wspólnotowych, Czasopismo Logis -5478. 5. Łukasik Z., Nowakowski W., Kuśmińska-Fijałkowska A.: Zarządzanie bezpieczeństwem infrastruktury krytycznej, Logistyka 4/2014. 6. Łukasik Z., Nowakowski W.: Zarządzanie bezpieczeństwem w transporcie kolejowym, Kwartalnik Infrastruktura Transportu, nr 6/2013, str. 46-48, ISSN 1899-0622. 7. Łukasik Z., Pniewska B., Pniewski R.: Laboratorium komputerowych systemów sterowania, Podręcznik, Wydawnictwa Politechniki Radomskiej, Radom 2004. 8. Nowakowski W., Warchoł A.: Analiza bezpieczeństwa systemu zabezpieczenia przejazdów SZP- 1, XI Konferencja Naukowo-Techniczna: Nowoczesne technologie i systemy zarządzania w kolejnictwie, Zakopane 2012. 9. Nowakowski W., Szczygielska A.: Rola standardu IRIS w poprawie bezpieczeństwa transportu kolejowego, XVI Międzynarodowa Konferencja TransComp, Zakopane 2012r. 10. Obrenovic M., Jäger B., Lemmer K.: Migration of the European train control system (ETCS) and the impacts on the international transport market, ETC Proceedings, European Transport Conference 2006. 11. PN-EN 50126:2002 Zastosowania kolejowe - Specyfikacja niezawodności, dostępności, podatności utrzymaniowej i bezpieczeństwa, PKN 2002r. 12. PN-EN 50129:2007 Zastosowania kolejowe - Systemy łączności, przetwarzania danych i sterowania ruchem - Elektroniczne systemy sterowania ruchem związane z bezpieczeństwem, PKN 2007r. 13. PN-EN 60300-3-3:2006 Zarządzanie niezawodnością - Część 3-3: Przewodnik zastosowań - Szacowanie kosztu cyklu życia. 14. Przykłady oceny ryzyka i ewentualnych narzędzi pomocniczych do rozporządzenia w sprawie wspólnych metod oceny bezpieczeństwa (CSM), Europejska Agencja Kolejowa 2009r. 15. Ulatowski W.: Analiza kosztów urządzeń infrastruktury tramwajowej w pełnym cyklu życia, TTS nr 9, 2007r. 16. Ustawa z dnia 29 stycznia 2004r. Prawo zamówień publicznych (Dz. U. z 2013 r. poz. 984, 1047 i 1473 oraz z 2014 r. poz. 423, 768, 811, 915, 1146 i 1232) stan prawny na dzień 19 października 2014 r. 5079