Обоснование предупредительных замен элементов технических средств таможенного контроля

Полный текст

Ускорение проведения таможенных операций при сохранении высокой эффективности выполнения предусмотренных таможенным кодексом Евразийского экономического союза мероприятий защиты национальной безопасности, здоровья и жизни граждан, а также охраны окружающей среды существенным образом зависит от рациональной организации обслуживания и ремонта технических средств таможенного контроля (ТС ТК) (Анисимов и др., 2015; Афонин, Кондрашова, Мютте, 2012; Афонин, Денисова, Мютте, 2012). Важная роль в этом процессе отводится предупредительным заменам функциональных элементов (узлов, блоков, устройств), которые могут быть как плановыми, так и неплановыми - вызванными текущим состоянием заменяемого элемента. Цель предупредительной замены i-го элемента - снизить параметр ωi потока его отказов и, следовательно, сократить число ремонтов и время неготовности объектов из-за отказов. Замене должны подлежать работоспособные элементы, параметр потока отказов которых заметно возрос или начинает возрастать (Анисимов и др., 2014; Астанков, Симонова, Черных, 2015). В интервале времени 0-tоi (рис. 1) заменять i-й элемент на новый нецелесообразно, так как выигрыша в уменьшении числа отказов это не дает. По истечении времени t0i замена может дать выигрыш в уменьшении показателя ω: в результате замены сохраняется (в интервале времени tзi) значение этого показателя ( wi ≈w0i ), а без замены величина wi существенно возрастает, и спустя время tзi (отсчитывает с момента tоi) достигает значения w1i . wi w1i w0i tзi 0 t t0i t1i Рис. 1. Пояснение целесообразности предупредительных замен элементов [Figure 1. The explanation of the advisability of preventive replacement of elements] Выигрыш в уменьшении wi является необходимым, но еще недостаточным условием целесообразности предупредительных замен элементов. Действительно, увеличение wi после момента tоi не означает, что необходимо сразу же заменять i-й элемент. Это объясняет следующим: 1. замена элемента требует затрат: сзi = сi - соi + ср.зi , (1) где сi - стоимость нового i-го элемента; соi - стоимость заменяемого i-го элемента; ср.зi - стоимость работ по замене i-го элемента; 2. замена приводит к уменьшению числа отказов элемента, а следовательно, и объекта после замены; это означает, что уменьшается стоимость потерь из-за отказов. Таким образом, замена элемента в момент времени tоi не позволит компенсировать затраты сзi уменьшением стоимости потерь из-за отказов (так как для этого требуется некоторое время tзi > 0). Определить tзi можно на основании равенства о ( ) ( ) Сi tоi , t1i = Ci tзi , (2) где i оi Со (t , t1i ) · суммарные затраты, вызванные отказами i-го элемента на интервале времени t1i - tоi = tзi без его замены (на этом интервале времени wi = f (t) ); Сi(tзi) - суммарные затраты, вызванные отказами i-го элемента на интервале времени tзi, если бы его замена была произведена в момент tоi, при этом wi = const на интервале tоi ÷ t1i . Для решения задачи отыскания tзi (а следовательно, Тзi = tоi + tзi, как показано на рис. 2) требуется иметь статистические данные, позволяющие определять tоi, wоi и прогнозировать значения wi (t) по истечении времени tоi. wi w1i w0i Tзi tзi Tзi 0 t0i t1i t2i t Рис. 2. Назначение предупредительных замен элементов [Figure 2. The purpose of the preventive replacement of elements] При определении значения tзi следует в первую очередь учитывать особенности структуры объекта, в состав которого входит i-й элемент, условия его эксплуатации, периодичность контроля его работоспособности, задачи, решаемые объектом (Анисимов и др., 2016; Афонин, Афонин, Шележонкова, 2016; Казакова, Астанков, Черных, 2015). Так, если в сложной технической системе имеется несколько одинаковых функциональных элементов, выполняющих одни и те же функции, то при определении параметра wi следует учитывать не один, а все элементы i-го типа. Аналогично, если в сложной большой системе имеется несколько объектов, выполняющих одинаковые функции и содержащих рассматриваемые элементы i-го типа, то необходимо также при определении wi учитывать количество таких объектов. Рассмотрим более подробно факторы и показатели, учитываемые при оценке целесообразности предупредительных замен элементов в ТС ТК на примере проведения первой замены, так как далее процесс повторяется. Наиболее типичным комплексом факторов, характеризующих условия целесообразности предупредительных замен элементов, является следующий (Авдеев и др., 2001; Анисимов и др., 2016): - при поступлении заявки на применение ТС ТК и обнаружении отказа i-го элемента допустимого времени восстановления работоспособности недостаточно для выполнения работ методом замены элемента (tвi > tв доп); o отказы ТС ТК обнаруживаются только при контроле ее работоспособности через плановый межпроверочный интервал времени Т или неплановый интервал времени J с момента окончания плановой проверки до момента поступления заявки на подготовку и применение ТС ТК (рис. 3); o плановые замены организационно совмещаются с техническими обслуживаниями и плановыми проверками работоспособности ТС ТК. T T T tн.о.i tзi J tзi Рис. 3. Временная диаграмма контроля работоспособности и предупредительных замен элементов: o - момент отказа i-го элемента; tн.oi - длительность нахождения ТС ТК в состоянии необнаруженного отказа [Figure 3. The timing diagram of health monitoring and preventive replacement of elements: § - the moment of failure of the i-th element, tн.oi - the duration of the TC TC in the state of undetected failure] В соответствии с рис. 3 интервал времени tзi содержит nTi t = зi T (3) межпроверочных интервалов времени Т. Если вероятность отказа ТС ТК из-за отказа i-го элемента на интервале Т - Qi(T), то среднее число интервалов Т с отказами составит n = Q T tзi . (4) потк.i = Qi (T )⋅nTi или отк.i i ( ) T Заметим, что выражение (3) соответствует случаю, когда замена элемента производится в момент времени tоi. Для случая замены элемента по истечении времени Тзi = toi + tзi для интервала tзi будем иметь no = Qo (T ) tзi , (5) где o ( ) ( ) отк.i i T Qi T > Qi T . На основании выражений (3)-(5) можно определить вероятность попадания заявки на интервал времени Т с отказом i-го элемента: РZi n = отк.i nTi или PZi = Qi (T ), (6) o o PZi = Qi (T ). (7) Следует отметить, что предлагаемый способ определения значений nотк.i и РZi не связан с ограничениями величин Т и wi и в целом проще, чем изложенный в (Анисимов и др., 2004; Балясников, Ведерников и др., 2015; Анисимов и др., 2011). Так как в случае замены i-го элемента в момент toi параметр потока его отказов на интервале времени tзi постоянен, то для определения Qi(T) можно использовать экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы: Qi (T ) = 1- e -woiT . (8) В случае отсутствия предупредительной замены i-го элемента в момент toi параметр wi (t)≠ const , эта формула также может быть использована путем введения вместо ωi усредненного значения wср.i ≈(woi + w1i )/2 . Тогда o ( ) 1 -wср.iT Qi T = - e . (9) Теперь для определения tзi необходимо конкретизировать выражение (2). Для правой части этого выражения можно записать Сi (tзi ) = сзi +(сpi + сyi )nоткi (tзi ) , (10) где сpi - средняя стоимость ремонта ТС ТК при отказе i-го элемента; сyi - средний ущерб из-за неготовности ТС ТК по причине отказа i-го элемента при его замене в момент времени toi. Показатель сyi можно определить с помощью выражения сyi = иPZi , (11) где и - ущерб от последствий отказа ТС ТК. Условно можно считать, что отказу ТС ТК соответствует (в условиях жесткого ограничения времени на восстановление работоспособности) необходимость иметь одно резервное ТС ТК, то есть Nрез = 1 при количестве N ТС ТК в составе комплекса средств технического контроля. При этом допускаем, что вероятность отказа одновременно более одного ТС ТК весьма мала. Тогда и при Nрез = 1 и ≈С КШМ Nрез N и ≈ СКШМ . (12) N В случае отсутствия предупредительной замены i-го элемента в момент toi используется показатель yi Zi сo = и Po . (13) Левая часть выражения (2) представляется соотношением o ( ) ( o ) o ( ) Сi toi , t1i = сpi + сyi nоткi tзi . (14) Теперь выражение (2) с учетом выражений (10, 14, 4, 5, 8, 9) получим в более развернутом виде с + с + с t = с + с t - e-w . ( ) зi ( o ) зi ( срюiТ ) зi pi yi T pi yi T 1 Отсюда после несложных преобразований получим выражение для tзi: tзi = T сзi DC , (15) где (1 -wcp.iT )( o ) (1 -woiT )( ) DС = - е сpi + сyi - - e сpi + сyi . (16) При расчетах для определения tзi применительно к ТС ТК необходимо учитывать следующее. 1. Так как в общем в состав ТС ТК входит N технических средств, каждое из которых, как правило, имеет элемент i-го типа, то в выражении (16) следует вместо показателей соответственно. woi и wcp.i использовать w = N w * oi oi w = Nw и * cp.i cp.i 2. Поскольку значение wcp.i , соответствующее искомому показателю tзi, неизвестно, то необходимо, последовательно задавая значения wср.i > woi , определить tзi. Расчеты заканчиваются, если по известным (спрогнозированным) данным найденному значению tзi будет соответствовать примерно то cp.i же значение w* , которое использовалось при расчетах. i ( ) i ( ) i ( ) 3. При этом известные статистические (спрогнозированные) данные для ω t переводят в зависимость w* t = w t N . На графике зависимости i w* (t) по найденному значению tзi определяется для toi + tзi/2 величина w * cp.i . Если w * cp.i = w * cp.i (расч.) , то найденное tзi является окончательным, то есть граничным значением тельную замену следует назначать в момент Т гр = t зi tгр . Поэтому предупреди- + t гр . зi oi зi 4. Проверка результатов расчета поясняется с помощью рис. 4. Подобную зависимость целесообразно использовать при задании значения w на * cp.i каждом очередном шаге расчетов. Если * w * cp.i(расч.) для найденного значения Тзi = toi + tзi / 2 меньше значения wcp.i на графике, то на очередном шаге расчетов следует задать большее значение w * cp.i (расч.) (и наоборот, если * * * wcp.i (расч.) > wcp.(на графике) , то wcp.i (расч.) следует уменьшить). * wi (t ) * w1i (t) w * срi * t зi 2 tзi t зi 2 0 t t0i t1i t гр Рис. 4. Пояснение проверки обоснованности рассчитанного значения зi t гр [Figure 4. The explanation of the validity of the calculated value зi ] Рассмотренные положения по предупредительным заменам функциональных элементов ТС ТК позволят обоснованно определять их состав и сроки проведения таких замен. Это будет способствовать качеству эксплуатационной документации на стадии создания ТС ТК и корректировке сроков замен на основании сбора статистических данных в процессе эксплуатации.

Об авторах

Сергей Олегович Бондаренко

Михайловская военная артиллеристская академия

Автор, ответственный за переписку.
Email: bond_piter@mail.ru

кандидат технических наук, донец кафедры автоматизированного управления

Российская Федерация, 195009, Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 22

Татьяна Николаевна Сауренко

Российский университет дружбы народов

Email: tanya@saurenko.ru

доктор экономических наук, заведующая кафедрой таможенного дела экономического факультета

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Мурат Романович Гапов

Министерство экономического развития Карачаево-Черкесской Республики

Email: mgapov@gmail.com

кандидат экономических наук, заместитель министра экономического развития Карачаево-Черкесской Республики

Российская Федерация, 369000, Черкесск, ул. Комсомольская, 23

Екатерина Николаевна Шакун

Российский университет дружбы народов

Email: shakun-en@rudn.ru

аспирант кафедры таможенного дела экономического факультета

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы