Модели статистической оценки показателей надежности рельсовых линий
Аннотация
Обоснование. Токопроводящие стыки рельсовых линий являются критически важным элементом для работы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Их отказы приводят к сбоям в рельсовых цепях, искажая информацию о положении поездов и создавая угрозы безопасности. Классические методы оценки надежности (марковские модели и статистический аппарат) имеют существенные ограничения, так как не учитывают неэкспоненциальный характер износа стыков и влияние эксплуатационных факторов (нагрузка, климат, качество обслуживания).
Цель – разработка и анализ усовершенствованных подходов к оценке надежности токопроводящих стыков, преодолевающих ограничения классических моделей, с использованием аппарата полумарковских процессов и практических методов ретроспективного и матричного анализа.
Материалы и методы. Аппарат полумарковских процессов, позволяющий использовать произвольные законы распределения времени наработки на отказ (Вейбулла, логарифмически нормальное и др.), что адекватнее описывает процессы деградации. Сравнение фактических и нормативных параметров потока отказов (ω) и коэффициента вынужденного простоя (κ) для диагностики состояния участков пути. Анализ зависимости интенсивности отказов стыков от их возраста на основе матрицы отказов, позволяющий выявить периоды приработки, нормальной эксплуатации и старения.
Результаты. В статье подтверждена адекватность полумарковских моделей для описания неэкспоненциального характера износа токопроводящих стыков. Разработана система критериев для ретроспективной оценки, позволяющая дифференцировать влияние физического износа стыков и качества их эксплуатационного обслуживания на надежность работы ЖАТ. Показано, что матричный метод эффективно выявляет зависимость интенсивности отказов от возраста, что является основой для перехода от реактивного к предиктивному (прогнозному) техническому обслуживанию.
EDN: BBZCAA
Скачивания
Литература
Цветков, В. А. (1992). Математическая модель для анализа надёжности генераторов с учётом развития дефектов. Электричество, (11), 64–65.
Вентцель, Е. С. (1969). Теория вероятностей (4 е изд.). Москва: Гл. ред. физ.-мат. лит. изд-ва «Наука», 576 с. EDN: https://elibrary.ru/NRYKLC
Вентцель, Е. С., & Овчаров, Л. А. (1991). Теория случайных процессов и её инженерные приложения. Москва: Наука, 384 с. ISBN: 5 02 014125 9. EDN: https://elibrary.ru/YNMQIF
Гмурман, В. Е. (2008). Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие (12 е изд., перераб.). Москва: Высш. образование, 479 с.
Руденко, Ю. Н. (Ред.). (2000). Надёжность систем энергетики и их оборудования: справочник: в 4 т. Т. 2: Надёжность электроэнергетических систем / под ред. М. Н. Розанова. Москва: Энергоатомиздат, 568 с.
Беляев, Ю. К., [и др.]; Ушаков, И. А. (Ред.). (1985). Надёжность технических систем: справочник. Москва: Радио и связь, 608 с.
Рутковская, Д., Пилиньский, М., & Рутковский, Л. (2007). Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечёткие системы / пер. с польск. И. Д. Рудинского. Москва: Горячая линия — Телеком, 452 с.
Северцев, Н. А., Мухин, А. В., & Ефимов, И. А. (2007). Математические основы теории выбора решений, обеспечивающих надёжность и безопасность систем. В кн.: Труды международного симпозиума «Надёжность и качество» (Т. 2, с. 121–123). EDN: https://elibrary.ru/NDUPWV
Сапожников, В. В., Сапожников, В. В., & Ефанов, Д. В. (2019). Основы теории надёжности и технической диагностики. Санкт Петербург: Издательство «Лань», 588 с. ISBN: 978 5 8114 3453 4. EDN: https://elibrary.ru/IZBJPZ
Надежкин, В. А. (2025). Оптимизация диагностирования систем железнодорожной автоматики и телемеханики по техническому состоянию. В кн.: Актуальные проблемы в транспортной отрасли: Материалы Всероссийской научно исследовательской конференции, Воронеж, 25 апреля 2025 года (с. 35–38). Воронеж: ООО Издательско полиграфический центр «Научная книга». EDN: https://elibrary.ru/DABEQJ
Тарасов, Е. М., Тарасова, А. Е., & Надежкин, В. А. (2022). К вопросу автоматизации технической диагностики и мониторинга. Наука и образование транспорту, (1), 362–364. EDN: https://elibrary.ru/ZLIYYT
Тарасов, Е. М., & Надежкин, В. А. (2024). Диагностирование в жизненном цикле изолирующих стыков рельсовых цепей. Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник, (2), 45–50. https://doi.org/10.36535/0236-1914-2024-02-6. EDN: https://elibrary.ru/DSUOVB
Ефанов, Д. В. (2016). Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: монография. Санкт Петербург: ФГБОУ ВО ПГУПС, 171 с. ISBN: 978 5 7641 0933 6. EDN: https://elibrary.ru/XAFAIN
Ефанов, Д. В. (2014). Метод автоматизации проверки логики функционирования объектов диагностирования в системах удалённого контроля и мониторинга. Транспорт Урала, (3), 58–62. EDN: https://elibrary.ru/SVNLBZ
Сапожников, В. В., & Сапожников, Вл. В. (2004). Основы технической диагностики. Москва: Маршрут, 316 с. ISBN: 5 89035 123 0. EDN: https://elibrary.ru/QNRRAL
Сапожников, В. В., Сапожников, Вл. В., & Лыков, А. А. (2004). Теоремы анализа для обнаружения неисправностей типа «временная задержка». Электронное моделирование, 26(3), 83–93.
Tarasov, E., Nadezhkin, V., Nadezhkina, S., [et al.]. (2023). Insulating joints as a destabilizing factor in the operation of the track circuit. In VI International Conference on Actual Problems of the Energy Complex and Environmental Protection (APEC VI 2023), Karshi, 14–16 июня 2023 года (p. 1019). Les Ulis: EDP SCIENCES S A. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202341101019. EDN: https://elibrary.ru/YMJDQR
Сапожников, Вал. В., Сапожников, Вл. В., & Шаманов, В. И. (2003). Надёжность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. / под ред. Вл. В. Сапожникова. Москва: Маршрут, 263 с. ISBN: 5 89035 119 2. EDN: https://elibrary.ru/QNRGQL
Endrenyi, J., Aboresheid, S., Allan, R. N., [et al.]. (2001). The present status of maintenance strategies and the impact of maintenance on reliability. IEEE Transactions on Power Systems, 16(4), 638–646.
Сорокин, А. С. (2008). Математическое моделирование оценки надёжности технологических систем. Вестник Кузбасского государственного технического университета, (5), 28–37. EDN: https://elibrary.ru/JVZBJT
References
Tsvetkov, V. A. (1992). Mathematical model for analyzing the reliability of generators considering defect development. Electricity, (11), 64–65.
Ventzel, E. S. (1969). Probability theory (4th ed.). Moscow: Main Editorial Board of Physical and Mathematical Literature, Nauka Publishing House, 576 p. EDN: https://elibrary.ru/NRYKLC
Ventzel, E. S., & Ovcharov, L. A. (1991). Theory of random processes and its engineering applications. Moscow: Nauka, 384 p. ISBN: 5-02-014125-9. EDN: https://elibrary.ru/YNMQIF
Gmurman, V. E. (2008). Probability theory and mathematical statistics: textbook (12th ed., revised). Moscow: Higher Education, 479 p.
Rudenko, Yu. N. (Ed.). (2000). Reliability of energy systems and their equipment: reference book in 4 vols. Vol. 2: Reliability of electric power systems / Ed. by M. N. Rozanov. Moscow: Energoatomizdat, 568 p.
Belyaev, Yu. K., [et al.]; Ushakov, I. A. (Ed.). (1985). Reliability of technical systems: reference book. Moscow: Radio and Communication, 608 p.
Rutkovskaya, D., Pilinsky, M., & Rutkovsky, L. (2007). Neural networks, genetic algorithms and fuzzy systems / Translated from Polish by I. D. Rudinsky. Moscow: Goryachaya Liniya — Telekom, 452 p.
Severtsev, N. A., Mukhin, A. V., & Efimov, I. A. (2007). Mathematical foundations of decision making theory ensuring system reliability and safety. In: Proceedings of the International Symposium “Reliability and Quality” (Vol. 2, pp. 121–123). EDN: https://elibrary.ru/NDUPWV
Sapozhnikov, V. V., Sapozhnikov, V. V., & Efanov, D. V. (2019). Fundamentals of reliability theory and technical diagnostics. Saint Petersburg: Lan Publishing House, 588 p. ISBN: 978-5-8114-3453-4. EDN: https://elibrary.ru/IZBJPZ
Nadezhkin, V. A. (2025). Optimization of diagnostics of railway automation and remote control systems based on technical condition. In: Actual problems in the transport industry: Proceedings of the All Russian Scientific Research Conference, Voronezh, April 25, 2025 (pp. 35–38). Voronezh: LLC Publishing and Printing Center “Nauchnaya Kniga”. EDN: https://elibrary.ru/DABEQJ
Tarasov, E. M., Tarasova, A. E., & Nadezhkin, V. A. (2022). On the issue of automation of technical diagnostics and monitoring. Science and Education for Transport, (1), 362–364. EDN: https://elibrary.ru/ZLIYYT
Tarasov, E. M., & Nadezhkin, V. A. (2024). Diagnostics in the life cycle of insulating joints of track circuits. Transport: Science, Technology, Management. Scientific Information Collection, (2), 45–50. https://doi.org/10.36535/0236-1914-2024-02-6. EDN: https://elibrary.ru/DSUOVB
Efanov, D. V. (2016). Functional control and monitoring of railway automation and remote control devices: monograph. Saint Petersburg: FGBOU VO PGUPS, 171 p. ISBN: 978-5-7641-0933-6. EDN: https://elibrary.ru/XAFAIN
Efanov, D. V. (2014). Method of automating the verification of operation logic of diagnostic objects in remote monitoring systems. Transport of the Urals, (3), 58–62. EDN: https://elibrary.ru/SVNLBZ
Sapozhnikov, V. V., & Sapozhnikov, Vl. V. (2004). Fundamentals of technical diagnostics. Moscow: Marshrut, 316 p. ISBN: 5-89035-123-0. EDN: https://elibrary.ru/QNRRAL
Sapozhnikov, V. V., Sapozhnikov, Vl. V., & Lykov, A. A. (2004). Theorems of analysis for detecting “time delay” type faults. Electronic Modeling, 26(3), 83–93.
Tarasov, E., Nadezhkin, V., Nadezhkina, S., [et al.]. (2023). Insulating joints as a destabilizing factor in the operation of the track circuit. In: VI International Conference on Actual Problems of the Energy Complex and Environmental Protection (APEC VI 2023), Karshi, June 14–16, 2023 (p. 1019). Les Ulis: EDP Sciences S A. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202341101019. EDN: https://elibrary.ru/YMJDQR
Sapozhnikov, Val. V., Sapozhnikov, Vl. V., & Shamanov, V. I. (2003). Reliability of railway automation, remote control and communication systems: textbook for railway transport universities / Ed. by Vl. V. Sapozhnikov. Moscow: Marshrut, 263 p. ISBN: 5-89035-119-2. EDN: https://elibrary.ru/QNRGQL
Endrenyi, J., Aboresheid, S., Allan, R. N., [et al.]. (2001). The present status of maintenance strategies and the impact of maintenance on reliability. IEEE Transactions on Power Systems, 16(4), 638–646.
Sorokin, A. S. (2008). Mathematical modeling of reliability assessment of technological systems. Bulletin of Kuzbass State Technical University, (5), 28–37. EDN: https://elibrary.ru/JVZBJT
Copyright (c) 2025 Vadim A. Nadezhkin, Snezhana A. Nadezhkina
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
