Виды надежности

Структурная надежность определяется конфигурацией водопроводной сети. Большинство городских водопроводных сетей являются кольцевыми. Такая структура объекта предполагает «питание» конкретного потребителя водой в принципе не по од­ному, а по нескольким направлениям. Благодаря этому происходит своеобразное резер­вирование некоторых путей доставки воды потребителю, что повышает надежность функционирования водопроводной сети в целом, поскольку в ряде случаев дает возмож­ность «не заметить» выход из строя какого-либо участка.

Количественно оценить степень повышения надежности водопроводной сети за счет резервирования можно на примере следующего случая. Допустим, что в городе на­ряду с существующей имеется точно такая же «параллельная» сеть, которая принимает на себя нагрузку при отказе реальной сети. Расчет основных показателей надежности, проведенный для двухкратного «горячего» резервирования, показывает, что время бе­зотказной работы системы в этом случае увеличивается в 1,5 раза. Рассмотренная ситу­ация является сугубо гипотетической, однако хорошо демонстрирующей возможности повышения надежности системы путем резервирования.

Конструктивная надежность зависит от прочностных характеристик элементов сети, главным образом от их способности противостоять механическим воздействиям и повреждениям, вызываемым коррозией.

Технологическая надежность определяется качеством эксплуатации водопровод­ной сети. Нарушение этой составляющей общей надежности происходит чаще всего в результате ошибок обслуживающего персонала в процессе эксплуатации системы.

В соответствии с широко принятой последовательной схемой расчета надежности значение интенсивности потока отказов многокомпонентной системы λ₀ трактуется как сумма интенсивностей отказов ее элементов. Следовательно, повышение конструктив­ной надежности обеспечивается использованием в системе компонентов, имеющих меньшее значение интенсивности отказов.

Если задача повышения надежности ставится на этапе проектирования водопро­водной сети, то ее решение сводится к выбору конструктивных элементов, обеспечива­ющих требуемое суммарное значение λ₀. Однако следует учитывать, что значения ин­тенсивностей отказов, приводимые в справочниках, могут рассматривается лишь как приближенные, поскольку они получены при испытаниях изделий на предприятиях-изготовителях и не учитывают особенностей их функционирования в условиях конкрет­ного города. Один и тот же конструктивный элемент (например, участок трубы) в зави­симости от гидрогеологических, сейсмических условий, глубины заложения ведет себя по разному. Современный аппарат математической статистики при наличии данных на­блюдений по действующим аналогам дает возможность выявить не только качествен­ное, но и количественное влияние на интенсивность потока отказов как отдельных фак­торов, так и их сочетаний и учесть их еще на этапе проектирования. Если же речь идет о действующей водопроводной сети, то мероприятия по повышению ее надежности сво­дятся к анализу данных наблюдений по отказам, по выявлению наиболее «слабых» эле­ментов системы с последующей их заменой более надежными.

В общем потоке отказов системы определенную часть составляют отказы, порожденные ошибками людей при эксплуатации водопроводной сети (нарушения технологической надежности). Путь снижения интенсивности потока отказов, вызываемых этой причиной, состоит в повышении квалификации обслуживающего персонала, oснащении диспетчерских пунктов дистанционной контрольно-измерительной аппаратурой и  вычислительной техникой, помогающими принимать правильные решения в сложных ситуациях.

Таким образом, характер мероприятий по повышению надежности очевиден: необходимо использовать более прочные материалы, совершенствовать качество строительства и эксплуатации водопроводных сетей. Деление же надежности на конструктивную и технологическую позволяет (на основе анализа статистических данных по причине отказов) определить направление приоритетного инвестирования средств с целью изменения той или другой ее составляющей.

В основе определения эффективности мероприятий по повышению надежности действующей водопроводной сети в условиях конкретного города должен лежать принцип экономической целесообразности. Предположим, что значения λ₀ и µ₀, а следовательно, p(S1) - известны. Поставим вопрос: какие изменения значений λ₀ и µ₀ (∆λ<0) и  ( (∆µ > 0) с целью увеличения вероятности нахождения системы в работоспособном стоянии в стационарном режиме ∆р ₍S₁₎ являются экономически оправданны? В предположении, что λ₀ и µ₀ сравнительно невелики, линеаризация формулы в окрестности точки (λ_0; µ₀) дает:

Но численное значение ∆р (S₁) равно приращению времени ∆Т в процентах от некоторого расчетного срока Т (например, один год), в течение которого водопроводная сеть функционирует в безаварийном режиме. Если обозначить через Q_cp средний объем недодаваемой потребителю воды в единицу времени при отказе сети (т.е. при аварии), то ∆ТQ_cp = ∆р (S₁)TQ_cp - есть общий объем «недодачи» воды за время Т, который удалось предотвратить за счет увеличения вероятности р(S₁). Это приводит к уменьшению материального и экономического ущерба, наносимого городу, в размере k₁∆р (S₁)TQ_ср, где k₁ -  оценка общих потерь от недодачи единицы объема воды потребителям в стоимоcтном выражении.

С другой стороны, затраты на повышение конструктивной и технологической составляющих надежности за то же время Т составят k₂(∆λ/∆λ₀), а совершенствование ремонтных операций обойдется в (µ/µ₀), где k₂ и k₃ удельные стоимости проводимых мероприятий. Следовательно, комплекс мер по совершенствованию надежности водо­проводной сети экономически оправдан, если эти затраты будут меньше оценки стоимо­сти предотвращенного ущерба за время Т, т.е.

Как видно из формулы, одного и того же значения левой части неравенства можно до­биться различными способами, варьируя слагаемые в скобках. При этом многое зависит от коэффициентов к₂ и к₃, которые не являются постоянными величинами. Значение к₂ есть функция таких факторов, как техническое состояние системы (λ₀); стоимость про­ектирования технических решений, направленных на повышение конструктивной на­дежности; стоимость материалов и элементов для реализации разработанных проектов; стоимость строительных работ, стоимость эксплуатации реконструированных сооруже­ний в течение расчетного времени Т, затраты на повышение квалификации обслужива­ющего персонала и, возможно, другие. Коэффициент к₃ зависит от числа и квалифика­ции рабочих, занятых ликвидацией аварии, оснащенности ремонтных бригад необходи­мым техническим оборудованием, автотранспортом, телекоммуникационных средств скорейшего оповещения диспетчерского пункта о возникновении отказов на сети и т.п. Эти два коэффициента (к₂ и к₃) объединяет то, что они в принципе поддаются представ­лению в аналитической форме в виде функций перечисленных аргументов и, следова­тельно, левая часть неравенства может быть заранее рассчитана для любых оправ­данных практикой значений ∆λ/∆λ₀ и µ/µ₀ .

Несколько иначе обстоит дело с определением значения коэффициента k₁ Этот коэф­фициент также зависит от многих факторов, например, от места аварии на водопроводной сети. С сожалением приходится констатировать, что сейчас не существует общепринятых методик расчета материального и экологического ущерба от недопоставки воды потреби­телю. Поэтому в настоящее время численное значение к₁ может определяться лишь по экс­пертным оценкам со всеми недостатками, вытекающими из их субъективности.

Таким образом, повышение надежности функционирования водопроводной систе­мы - комплексная проблема, решение которой должно осуществляться в соответст­вии с предварительно разработанной долгосрочной программой, включающей в себя:

1. Сбор объективных данных о состоянии объекта. Это достигается путем строгого документирования обстоятельств, сопутствующих отказам системы (время возникнове­ния аварии; конструктивные параметры аварийного элемента, его «возраст» и условия, в которых он функционировал; объем воды, недопоставленный потребителям в результате этой аварии; и т.п.), и параметров процесса восстановления (время начала и продолжи­тельность ремонта; силы и средства, привлеченные для ликвидации аварии; и т.п.).
2. Неоднократный последовательно уточняющий анализ статистических данных по мере их накопления для выявления наиболее слабых мест объекта и определения тен­денций развития процессов, определяющих его надежность.
3. Обобщение и анализ данных по ущербам, наносимым городу в результате отка­зов водопроводной сети, с целью разработки приемлемых прогнозных оценок, необхо­димых при выборе стратегии повышении ee надежности.
4. Разработку долгосрочной инвестиционной политики (как правило, в условиях ограниченных финансовых ресурсов), учитывающей возможность повышения общей надежности сети путем воздействия на структурную, конструктивную и технологическую ее составляющие.
5. Разработку и осуществление конкретных плановых технических мероприятий по реализации выбранной стратегии повышения надежности объекта.

Вернуться к списку