Оценка влияния условий эксплуатации на сценарии снижения надежности автомобиля
Оценка влияния условий эксплуатации на сценарии снижения надежности автомобиля
Аннотация
В работе проведена экспертная оценка влияния факторов, связанных с условиями эксплуатации автомобиля, на возникновение неисправностей и снижение показателей его надежности. В качестве инструмента анализа выбран метод решающих матриц Г.С. Поспелова. В результате обработки экспертных анкет построена трехуровневая модель «факторы влияния — виды неисправностей — сценарии снижения надежности автомобиля», рассчитаны структура рисков неисправностей автомобиля (как промежуточный результат) и априорные вероятности возможных сценариев снижения надежности автомобиля. Модель может быть использована для анализа зависимости рисков возникновения неисправностей систем автомобиля и сценариев снижения надежности под воздействием различных факторов.
1. Введение
По данным главы ассоциации «Российские автомобильные дилеры» в 2025 году количество легковых автомобилей в нашей стране увеличилось до 46,2 млн. штук, при этом, большинство из них — старше десяти лет, по итогам 2025-го года их доля составила 72%. Увеличение среднего возраста автомобилей повышает актуальность вопросов анализа условий эксплуатации, их влияния на изменение состояния автомобиля и показателей надежности. Условия эксплуатации автомобиля определяют не только скорость старения его агрегатов и систем, но и безопасность его использования . В различных условиях показатели надежности автомобилей за одинаковую наработку будут неодинаковы, что может повлиять и на показатели эффективности технической эксплуатации .
Большинство классических работ отечественных исследователей, например, таких как Авдонькин Ф.Н., Денисов А.С., Захаров Н. С., Зорин В.А. и др., посвящены анализу влияния различных режимов работы и условий эксплуатации автомобиля на механические неисправности. В работах анализируются факторы, от которых зависит износ деталей и других агрегатов автомобиля, предлагаются методики определения зависимости износа деталей от пробега, прогнозирование износа , обосновываются закономерности изнашивания и разрушения деталей в процессе эксплуатации .
Современные публикации предлагают методики определения предельного возраста автомобилей с учетом интенсивности их использования , методики анализа и оценки опасности и рисков автомобильных транспортных средств при использовании в различных климатических условиях с целью повышения надёжности и безопасности эксплуатации автомобиля благодаря предупреждению отказов и предотвращению возможных аварий .
В ХХ веке обеспечение исправности механических систем автомобиля гарантировало его успешную эксплуатацию, но автомобиль ХХI века — это сложная экосистема из большого количества компонентов, модулей и программ, поэтому большое значение приобретает состояние электроники и качество программного обеспечения. Влиянию условий эксплуатации автомобиля на возникновение неисправностей электрической системы и проблем, связанных с программным обеспечением блоков управления, уделяют внимание лишь единицы исследователей . Однако, на наш взгляд, в современных условиях анализ именно этих видов неисправностей особенно актуален.
Целью данного исследования является оценка влияния факторов, связанных с условиями эксплуатации автомобиля, на возникновение неисправностей различного характера и потенциальное снижение показателей надежности. Особый интерес представляет оценка влияния условий эксплуатации автомобиля на неисправности электрической системы и проблемы с программным обеспечением.
2. Методы и принципы исследования
Для проведения исследования использованы экспертные оценки, которые эффективно дополняют методы математического моделирования и являются популярным инструментарием для подготовки и разработки решений в различных сферах . Экспертные методы позволяют проводить анализ в условиях недостатка данных, когда отсутствует достаточный объем результатов статистических наблюдений.
С целью реализации выбранного метода авторами была разработана анкета, состоящая из трех частей, по которой был проведен опрос группы из 12 экспертов из сервисных центров BMW Санкт-Петербурга, Москвы, Новосибирска, Магадана, Батуми и др., имеющих большой опыт работы в сфере сервиса и ремонта автомобилей. Выбор экспертов из разных городов и природно-климатических зон позволил получить более общую информацию, не связанную с особенностями эксплуатации автомобилей в конкретных дорожных и климатических условиях.
Количественный и качественный состав группы экспертов был подобран таким образом, чтобы обеспечить достаточный уровень компетентности и согласованности .
Подробная информация об экспертах представлена в Табл. 1.
Сведения об экспертах
Номер эксперта | Возраст, лет | Уровень образования | Должность | Опыт работы в отрасли, лет |
1 | 56 | Специалитет, к.н. | Руководитель технической службы | 27 |
2 | 36 | Магистратура | Автодиагност | 12 |
3 | 42 | Среднее техническое | Автомеханик | 20 |
4 | 47 | Специалитет | Главный механик | 23 |
5 | 44 | Специалитет, к.н. | Доцент кафедры технической эксплуатации ТС | 21 |
6 | 51 | Специалитет | Главный механик | 32 |
7 | 44 | Среднее техническое | Автоэлектрик | 24 |
8 | 45 | Специалитет | Мастер-приемщик | 19 |
9 | 52 | Среднее техническое | Автослесарь | 30 |
10 | 37 | Специалитет | Сервисный инженер | 14 |
11 | 51 | Специалитет | Главный механик | 27 |
12 | 47 | Среднее техническое | Автомеханик | 26 |
В первой части анкеты экспертам было предложено оценить шесть групп факторов, потенциально влияющих на состояние автомобиля, в зависимости от степени их важности. Самому важному, по мнению эксперта, фактору следовало присвоить 6 баллов и далее по убыванию. Наименее важному следовало присвоить 1 балл, повторы оценок не допускались.
В специальной литературе существуют различные подходы к классификации факторов, влияющих на условия эксплуатации автомобилей
. В данном исследовании была использована классификация, включающая следующие факторы :- дорожные условия и рельеф местности;
- условия и интенсивность движения;
- природно-климатические условия;
- сезонные условия;
- агрессивность окружающей среды;
- эксплуатационно-производственные факторы.
Вторая часть анкеты представляла собой таблицу «факторы влияния — риски возникновения неисправностей автомобиля», в каждой ячейке которой эксперты по пятибалльной шкале оценили степень влияния каждого из рассматриваемых факторов на риск возникновения трех основных видов неисправностей. Следовало использовать оценки от 1 до 5 в зависимости от силы влияния конкретного фактора на определенный вид неисправности, повторы оценок в этой части анкеты допускались, если эксперт считал, что фактор оказывает одинаковое влияние на разные виды неисправностей.
Классификация неисправностей автомобиля может быть произведена с использованием различных подходов и принципов
, в данном исследовании классификация была проведена авторами работы по типам систем и компонентов автомобиля:- неисправность механической части автомобиля;
- неисправность электрической системы автомобиля;
- проблемы, связанные с программным обеспечением блоков управления автомобиля.
Третья часть анкеты предполагала заполнение экспертами таблицы «риски возникновения неисправностей автомобиля — сценарии снижения надежности». Как и во второй части анкеты оценки влияния рисков неисправностей на сценарии снижения надежности автомобиля выставлялись по пятибалльной шкале с возможными повторами оценок.
Надежность можно охарактеризовать, как способность автомобиля выполнять функции по основному назначению в установленных условиях эксплуатации, сохраняя в заданном интервале времени или пробега заданные значения эксплуатационных показателей
.Надежность является сложным комплексным свойством, поэтому в экспертной анкете характеристика надежности включала в себя несколько составляющих: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.
В качестве инструмента анализа анкет экспертов выбран метод решающих матриц Г.С. Поспелова
.Использовались следующие обозначения:
Ф1,…,Ф6 — факторы, потенциально влияющие на возникновение какого-либо вида неисправностей автомобиля Н1, Н2, Н3.
W=(w1,…,w6), wi≥0 — вектор весов факторов, его компоненты характеризуют степень важности каждого фактора Фi, рассматриваемого в исследовании. Для расчета весовых коэффициентов средние значения оценок важности факторов, данных экспертами, необходимо разделить на сумму баллов по всем факторам, в результате получим нормированные коэффициенты: ∑i=16wi =1.
A6×3=(aij) — матрица «факторы × риски», каждый элемент которой aij≥0 является оценкой влияния фактора Ф_i на увеличение риска возникновения неисправности Нj,
Матрица Р1×3, равная произведению матриц W1×6 и A6×3, дает сравнительную оценку рисков неисправностей. Для анализа удобнее использовать соответствующей нормированной матрицей D1×3=(dj):
B3×4=(bjk) — матрица «риски неисправностей – сценарии снижения надежности автомобиля», каждый элемент которой bjk≥0 — оценка влияния возникновения неисправности Нj на потерю надежности по сценарию Ck,
C1, C2, C3,C4 — возможные сценарии потери надежности автомобиля. Произведение матриц d1×3 и B3×4 после нормирования дает возможность оценить вероятность сценариев снижения надежности V1×4=(vk):
3. Результаты и обсуждение
Средние значения ранжирования факторов экспертами в первой части анкеты, представленные в Табл.2.
Средние значения экспертных оценок важности факторов
Факторы влияния | Средняя оценка степени влияния |
Дорожные условия и рельеф местности | 4,083 |
Условия и интенсивность движения | 3,417 |
Природно-климатические условия | 2,833 |
Сезонные условия | 2,083 |
Агрессивность окружающей среды | 3,167 |
Эксплуатационно-производственные факторы | 4,583 |
В результате нормирования получены значения весовых коэффициентов факторов, которые представленные в виде матрицы-строки W1×6:
По мнению экспертов, наибольшее влияние на состояние автомобиля оказывают эксплуатационно-производственные факторы (0,227) и дорожные условия и рельеф местности (0,202); наименьшую оценку эксперты в среднем поставили группе факторов, связанных с сезонными условиями (0,103).
Обработка ответов экспертов на вторую часть анкеты позволила получить средние значения оценок степени влияния факторов на возникновение неисправностей, представленные в Табл.3.
Средние значения оценок степени влияния факторов на возникновение неисправностей
Факторы влияния | Средние оценки степени влияния | ||
Механические неисправности | Неисправность электрической системы | Проблемы с программным обеспечением | |
Дорожные условия и рельеф местности | 4,583 | 2,000 | 2,333 |
Условия и интенсивность движения | 4,833 | 2,417 | 1,833 |
Природно-климатические условия | 3,167 | 3,250 | 2,667 |
Сезонные условия | 3,000 | 3,167 | 2,500 |
Агрессивность окружающей среды | 3,917 | 3,667 | 2,333 |
Эксплуатационно-производственные факторы | 4,333 | 4,000 | 4,333 |
Нормированием средних значений оценок степени влияния факторов на возникновение неисправностей получены элементы матрицы рисков A6×3, элемент которой aij характеризует долю влияния i-го фактора на риск неисправности j-го вида:
Элементы матрицы D1×3 характеризуют долю риска возникновения конкретного вида неисправности в общей системе рисков, сформировавшихся под влиянием рассматриваемой системы факторов:
Таким образом, под воздействием шести рассматриваемых факторов механические неисправности возникают практически в 42% случаев, на проблемы с электрической системой автомобиля приходится почти 31% неисправностей, оставшиеся 27% — это проблемы с программным обеспечением блоков управления автомобиля. Следует отметить, что в результате обработки второй части анкет экспертов довольно высокая оценка (0,273) пришлась на риск возникновения проблем с программным обеспечением, а неисправности электрической системы по мнению экспертов составляют почти треть (0,308) всех случаев.
Аналогично обработаны средние оценки экспертов третьей части анкеты — таблицы «риски неисправностей-сценарии потери надежности автомобиля», представленные в Табл.4.
Средние значения оценок влияние неисправностей на показатели надежности автомобиля
| Безотказность | Долговечность | Ремонтопригодность | Сохраняемость |
Механические неисправности | 4,583 | 2,000 | 2,333 | 4,583 |
Неисправность электрической системы | 4,833 | 2,417 | 1,833 | 4,833 |
Проблемы с программным обеспечением | 3,167 | 3,250 | 2,667 | 3,167 |
Расчет элементов матрицы «риски неисправностей – сценарии снижения надежности автомобиля» дал следующий результат:
После нормирования произведения матриц d1×3 и B3×4 получена оценка вероятностей сценариев снижения надежности:
Элементы матрицы сценариев V1×4 можно рассматривать как характеристику вероятности проявления каждого из возможных сценариев снижения надежности автомобиля. Наибольшее значение вероятности при сложившейся системе факторов получил сценарий снижения надежности автомобиля, связанный со снижением показателя безотказности (0,369), немногим меньше — долговечности (0,294), наименее подвержена влиянию факторов ремонтопригодность автомобиля (0,131).
В исследованиях с применением экспертных оценок большое значение имеет согласованность экспертных мнений
. При наличии противоречивых суждений в экспертной группе применение экспертных методов приводит к ошибочным выводам. Анализ ответов экспертов в данном исследовании таких проблем не выявил, для оценки согласованности экспертной группы был использован коэффициент вариации, характеризующий разброс мнений экспертов по каждому показателю.Наименее согласованными оказались мнения экспертов при заполнении первой части анкеты при ранжировании факторов по степени важности — значения коэффициентов вариации попали в интервал от 0,22 до 0,34, что характеризует согласованность экспертов на уровне ниже средней. Расчет коэффициентов вариации для данных, полученных из таблиц второй и третьей части экспертной анкеты, дал лучшие результаты — от 0,19 до 0,31, что характеризует средний уровень согласованности экспертов. В целом, показатели согласованности экспертных оценок по всему исследованию являются допустимыми.
4. Заключение
В работе проведена оценка влияния факторов, связанных с условиями эксплуатации автомобиля, на возникновение неисправностей различного характера, а также их взаимосвязь со снижением показателей надежности. На основании экспертных оценок построена трехуровневая модель «факторы влияния — риски неисправностей — сценарии снижения надежности», при помощи решающих матриц рассчитаны структура рисков неисправностей автомобиля (как промежуточный результат) и априорные вероятности возможных сценариев снижения надежности автомобиля.
В результате обработки экспертных мнений установлено, что состояние автомобиля в процессе эксплуатации наиболее подвержено влиянию эксплуатационно-производственных факторов и дорожных условий. В результате воздействия различных факторов чаще всего возникают механические неисправности, однако, довольно высокий процент неисправностей связан с электрической системой автомобиля и программным обеспечением блоков управления. По оценке экспертной группы снижение надежности автомобиля при сложившейся системе факторов будет связано в основном со снижением показателей безотказности и долговечности.
Предложенная модель может быть использована для дальнейших исследований: изменяя оценки весовых коэффициентов факторов, можно оценивать и эластичность факторов по отношению к рискам возникновения неисправностей систем и компонентов автомобиля, а также анализировать сценарии снижения надежности автомобиля.
Следует отметить, что экспертные оценки, даже при высокой степени согласованности мнений экспертов, представляют собой субъективные мнения. Изменение состава экспертной группы может привести к изменению значений исследуемых показателей, что следует учитывать при формулировке выводов и использовании результатов таких оценок.