Вступ

Якість перевізного процесу на залізничному транспорті визначається швидкістю і безпечністю доставки вантажів і пасажирів до місця призначення. Обидва цих показники визначальним чином залежать від надійності функціонування систем залізничної автоматики і телемеханіки (ЗАТ). Відмови даних систем призводять до затримок поїздів, а в найжахливішому випадку, можуть призводити до аварій і катастроф.

 Забезпечення надійності ЗАТ - задача розробників цих систем і експлуатаційного персоналу. Перші повинні створювати системи з високим ресурсом  надійності, інші - підтримувати цей ресурс в процесі експлуатації.

Надійність - це найважливіша характеристика будь-якого технічного об'єкта, від якої залежить доцільність  його використання за призначенням. При розробці і впровадженні нової апаратури зазвичай визначають показники її надійності.

Відповідно до ДСТУ 2860-94 "Надійність техніки. Терміни та визначення" надійність - властивість технічних об'єктів зберігати протягом встановленого часу значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування. Наприклад, надійність світлофорної лампи можна визначити як її здатність давати світло визначеної сили при номінальній напрузі.

Надійність об'єкта оцінюється не тільки під час безпосередньої експлуатації, але й під час зберігання, транспортування і ремонтів. Тому надійність є складною властивістю і складається з поєднання наступних властивостей: 

• безвідмовності, 

• довговічності, 

• ремонтопридатності 

• збереження. 

Перш ніж розглядати ці властивості, визначимо стани, в яких може бути технічний об'єкт. 

З погляду надійності об'єкт може знаходитися в одному з двох станів — справному чи несправному. 

Справний - це такий стан, при якому об'єкт відповідає всім вимогам норматійно-технічної або конструкторської документації. У несправному стані об'єкт не відповідає хоча б одній з цих вимог.

Несправний об'єкт може знаходитися в наступних станах:

• працездатний;

• непрацездатний;

• граничний.

У працездатному стані значення всіх параметрів об'єкта, які характеризують його здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

У непрацездатному стані хоча б один такий параметр не задовольняє вимогам нормативно-технічної та (або) конструкторської документації. Наприклад, електромагнітне реле, у якого пошкоджено захисний кожух, є несправним, але працездатним. А реле, у якого відбувся обрив обмотки, не може виконувати своїх функцій і тому воно непрацездатне. 

Граничним називають стан об'єкта, при якому його подальше застосування за призначенням є неприпустимим або недоцільним, або відновлення його справного або працездатного стану неможливе або недоцільне. Граничний стан настає при фізичному чи моральному старінні, різкому зниженні ефективності експлуатації, при виникненні непереборних порушень вимог безпеки та інших факторів. У цьому випадку об'єкт списують або віддають у капітальний ремонт. Наприклад, якщо внаслідок тривалої експлуатації автомобіля настає фізичне зношування його механічних деталей, то несправності починають відбуватися настільки часто, що ремонт стає економічно невигідним. Вигідніше замінити цей автомобіль на новий.

Подія, яка полягає у порушенні справності об'єкта, називається дефектом. Якщо об'єкт перетворюється на несправний, але працездатний стан, такий дефект називають пошкодженням (1) (див. схему нижче). Якщо об'єкт переходить в непрацездатний або граничний стан, то цю подію називають відмовою (2). Зворотний процес називається процесом відновлення працездатності. Якщо об'єкт знаходиться в непрацездатному стані, то здійснюється його ремонт (3). Якщо об'єкт знаходиться в граничному стані, то здійснюється капітальний ремонт (4), що полягає в заміні всіх основних деталей об'єкта і відновленні його ресурсу. Іншою альтернативою в останньому випадку є списання об'єкта.

Розглянемо указані на самому початку складові надійності.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати працездатний стан протягом деякого часу. 

Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатний стан до настання граничного стану за встановленої системи технічного обслуговування та ремонту. 

Безвідмовність не допускає відмови, але допускає пошкодження. Довговічність допускає відмови, які мають усуватися. Тому у визначенні довговічності відсутнє слово «безперервно». Довговічність не допускає граничного стану та визначає таким чином термін служби об'єкта. 

Ремонтопридатність - властивість об'єкта пристосовуватися до попередження та виявлення причин виникнення відмов і пошкоджень, а також підтримувати та відновлювати працездатний стан в результаті проведення технічного обслуговування та ремонтів. Ця властивість полегшує обслуговування технічного об'єкта під час його експлуатації. Наприклад, сучасні системи залізничної автоматики зазвичай будують у блочному вигляді зі штепсельним включенням та сигналізацією виникнення відмов у кожному блоці. Це дозволяє швидко виявляти блок, що відмовив, і замінити його на справний. 

Збереженість - властивість об'єкта зберігати значення показників безвідмовності, довговічності та ремонтопридатності у процесі зберігання і після нього, та (або) у процесі транспортування. 

Поняття надійності тісно пов'язане з поняттям відмови. За характером виникнення виділяють раптові відмови, поступові і переміжні (збої). 

Раптові, або катастрофічні, відмови відбуваються внаслідок стрибкоподібної зміни значень параметрів об'єкта. Раптова відмова - це випадкова подія. Її важко передбачити і можна очікувати тільки з певним ступенем вірогідності. Прикладами можуть бути перегоряння електричної лампочки, перебої переходів транзистора, обрив резистора тощо.

Поступові відмови відбуваються в результаті поступової зміни значення параметрів об'єкта в результаті його старіння. Поступову відмову можна прогнозувати. Прикладом поступової відмови у реле є відмова контактів внаслідок їх окислення в процесі тривалої експлуатації. Поступові відмови особливо характерні для механічних систем і пов'язані зі втомою металів. 

Третім видом відмови є переміжна відмова, або збій. Це відмова одного й того ж характеру, яка багаторазово виникає і самоусувається. Збої властиві складним електронним системам та ЕОМ. Вони пов'язані з короткочасними діями температурних змін, зовнішніх електромагнітних впливів, коливань живильних напруг та інших факторів на параметри високочутливих електронних елементів. Збої важко виявляти через короткочасність їхньої дії, вони спотворюють інформацію, що переробляється у обчислювальній системі. 

Коли відбувається відмова і об'єкт втрачає свою працездатність, можливі дві ситуації. 

Перша - об'єкт не ремонтують і більше не використовують за призначенням. Такий об'єкт називається невідновлювальним. Він працює лише до першої відмови. Ця стратегія використання об'єкта застосовується, якщо його відновлення технічно неможливе або економічно невигідне. Наприклад, технічно неможливо за умов експлуатації відремонтувати велику інтегральну схему. Може виявитися економічно недоцільним ремонтувати космічний супутник, який відмовив на орбіті, і т.д. 

Друга ситуація - виконується ремонт об'єкта, який потім знову використовують за призначенням. Такий об'єкт називається відновлюваним. Більшість систем залізничної автоматики, телемеханіки та зв'язку є відновлюваними системами.

Для деяких технічних об'єктів, які здійснюють відповідальні технологічні об'єкти, характерне виникнення в результаті відмов аварійних або небезпечних ситуацій. До таких об'єктів належать системи залізничної автоматики та телемеханіки, системи авіаційної та космічної техніки, системи управління атомними станціями та ін. У системах ЗАТ небезпечні відмови можуть призводити за певної поїзної ситуації до порушення безпеки руху. До таких відмов відносяться, наприклад, відмови, що призводять до помилкової появи на світлофорі більш дозволяючого вогню, самовільне переведення стрілок, поява помилкової вільності колій і стрілочних ділянок. З цієї причини поняття надійності СЖАТ конкретизується в такий спосіб.

Надійність пристроїв ЗАТ - це властивість забезпечувати в часі безперебійне та безпечне керування рухом поїздів у заданих режимах та умовах використання, технічного обслуговування та ремонту. 

Таким чином, надійність систем ЗАТ як складна властивість складається з: 

• безвідмовності, 

• безпеки, 

• довговічності, 

• ремонтопридатності,

• збереження.

Розрізняють два види непрацездатного (неграничного) стану систем ЗАТ: захисний та небезпечний.

Захисний стан - непрацездатний стан системи, при якому значення всіх параметрів, що характеризують її здатність виконувати задані функції щодо забезпечення безпеки руху поїздів, відповідають вимогам нормативно-технічної та (або) конструкторської документації.

Небезпечний стан - непрацездатний стан системи, при якому значення хоча б одного параметра, що характеризує її здатність виконувати задані функції щодо забезпечення безпеки руху поїздів, не відповідає вимогам нормативно-технічної та (або) конструкторської документації.

Відповідно до цих визначень розрізняють також захисні та небезпечні відмови. 

Захисна відмова (на схемі вище позначена цифрою 2) це подія, що полягає в порушенні працездатного стану системи при збереженні захисного стану. Небезпечна відмова (цифра 5) - подія, яка полягає в порушенні працездатного і захисного станів.

Щоб вирішити питання про те, яка ж відмова в системі є небезпечною, формулюється критерій небезпечної відмови - ознака або сукупність ознак небезпечного стану системи, встановлені в нормативно-технічній документації. Цей критерій (або критерії) використовується при доказі безпеки системи ЗАТ на всіх стадіях її життєвого циклу при розробці, випробуваннях, експлуатації та ремонті. 

Захисна відмова порушує безвідмовність системи ЗАТ, але не порушує безпеку. Небезпечна відмова порушує і безвідмовність, і безпеку.

Безпека систем залізничної автоматики і телемеханіки - це властивість системи безперервно зберігати справний, працездатний чи захисний стан протягом деякого часу чи напрацювання