Способность военной и специальной техники (ВСТ) сохранять свои качества в процессе длительной эксплуатации определяется ее надежностью. Существенное влияние на надежность оказывает старение материалов и износ деталей, что приводит к ее снижению и росту параметров потока отказов. Одним из основных факторов, влияющих на надежность ВСТ, является величина моторесурса двигателя.
В связи с этим при принятии решения о продлении сроков эксплуатации необходимо определить совокупность организационно-технических мероприятий, обеспечивающих, требуемое значение обобщенного показателя надежности объекта R.
К техническим мероприятиям относятся работы по замене приборов и узлов, выработавших технический ресурс или обуславливающих наибольший процент параметра прироста отказов из-за протекающих процессов старения. Однако в настоящее время доработки, направленные на повышение надежности ВСТ, ведутся в недостаточном объеме.
Двигатель ВСТ является одним из наиболее важных элементов, т.к. он обеспечивает ее подвижность и автономность, исправность и готовность к использованию.
Опыт эксплуатации автомобильной (АТ) показал, что в течение года среди всех неисправностей отказы двигателя составляют от 41 до 54 %. Из них 51 % – из-за эксплуатации за пределами гарантийных сроков и дефектов. Дефекты составляют от 15 до 22 %. За период с 2010 по 2015 годы неисправности двигателей составили 27 %.
Таким образом, двигатель является наименее надежной системой. В то же время, он существенно влияет на обобщенный показатель надежности R, который имеет вид:
R=P(tс)КГР(tз)P(tп)P(tпл), (1)
где Р(tс) – вероятность доведения решения на выполнение задачи за время tс; КГ – показатель технической готовности; Р(tз) – вероятность выполнения задачи за время tлс; Р(tп) – вероятность выполнения своих функций подвижным составом ВСТ за время tп; Р(tпл) – вероятность выполнения функции в течение времени tпл применения спецоборудования.
Из этого выражения видно, что обобщенный показатель надежности отражает потенциальную, заложенную при проектировании, опытной отработке и производстве ВСТ надежность в различных режимах функционирования, а также совершенство системы эксплуатации, позволяющей в большей или меньшей степени реализовывать практически заложенные в нем потенциальные возможности.
Надежность двигателя влияет на величину обобщенного показателя надежности R через такие частные показатели, как КБГ, Р(tп).
В процессе эксплуатации при отказах элементов любая система, в том числе и двигатель, может находиться в одном из конечного множества несовместимых состояний Хr∈Х, которое характеризуется некоторым значением условной вероятности Рi(t) выполнения функций системой.
Отказы системы возникают в случайные моменты времени. Система будет считаться отказавшей, если значения ее выходных элементов Yj, соответствующих состоянию Хi, будут принадлежать некоторой области Стg допустимых значений.
Вероятность
Рi(t) = P(Yi∈Стg) (2)
определяет вероятность безотказной работы системы при условии, что реализовалось некоторое количество отказов ее элементов. Вероятность Рi(t) позволяет оценить степень влияния отказов отдельных элементов на уровень ее надежности.
Вероятность Р нахождения системы в работоспособном состоянии R будет иметь вид:
Р(R) = Pj(Xi∈Стg)Рi(t), (3)
где Pj(Xi) – вероятность нахождения j-го элемента в работоспособном состоянии, если система находится в состоянии Xi.
Таким образом, структурный анализ надежности системы сводится к формированию множества несовместимых состояний системы Х и определению вероятностей множества Рi(t) для элементов этого множества.
Ввиду того, что опыт эксплуатации АТ показывает, что двигатель – наименее надежная система, то, опираясь на неравенство Буля, можно утверждать, что
R ≤ Рсу(Тэ), (4)
где Рсу(Тэ) – вероятность безотказной работы двигателя в течение периода эксплуатации Тэ.
Следовательно, чтобы обеспечить необходимую величину обобщенного показателя надежности, необходимо резервирование и большое количество запасных частей, инструмента и принадлежностей (ЗИП), что приводит к значительным затратам на эксплуатацию технологического оборудования и подвижного состава ВСТ.
Интенсивность отказов двигателей lсу(t) равна:
, (5)
где k – количество подсистем; λi(t) – интенсивность отказов i-й подсистемы.
Таким образом, увеличение моторесурса двигателей АТ является важным средством повышения уровня ее надежности.
Среди неисправностей двигателя наиболее сложными и требующими больших временных и материальных затрат являются неисправности топливных насосов высокого давления (ТНВД), связанные с нарушениями в работе насосных прецизионных элементов (НПЭ). Поэтому НПЭ во многом определяют ресурс агрегата, а значит, и параметр потока отказов двигателей.
Интенсивность отказов НПЭ имеет вид:
, (6)
где ωc(t) – эффективная частота процесса; vгр – граничное значение параметра; mv(t) – математическое ожидание текущего значения параметра; σv(t) – среднеквадратическое отклонение процесса.
Процесс изнашивания в пределах нормальной эксплуатации по исследованиям Лоренца всегда может рассматриваться как линейная закономерность. Поэтому параметры, определяющие lнпэ(t) будут иметь вид:
mv(t)=mvo+(t – to)m*v; (7)
σv(t)=(t – to)s*v, (8)
где mvo – математическое ожидание значение параметра v в момент времени to; m*v – скорость изменения параметра v; s*v – математическое ожидание скорости изменения параметра v.
Определив допустимую величину интенсивности отказов НПЭ можно определить требуемый моторесурс силовой установки Тмрс.
Для компенсации возможных существенных потерь КГ необходимо иметь резервные агрегаты в количестве ?N взамен отправленных в ремонт. Величина ?N определяется из выражения:
?N = NDКГ/КГ, (9)
где N – количество случаев отправки в ремонт; DКГ – величина возможного снижения КБГ.
DКГ = tрем/Тэ, (10)
где tрем – продолжительность ремонта; Тэ – период эксплуатации.
?N=Ntрем/(ТэКГ). (11)
Необходимость наличия резервных агрегатов увеличивает эксплуатационные расходы Сэ на величину DСэ:
DСэ = (Cn + ТэС*э)Ntрем/ТэКГ, (12)
где Cn – себестоимость одного агрегата; С*э – средние удельные затраты на эксплуатацию одного агрегата в течение года.
В двигателе величина моторесурса во многом определяется состоянием ТНВД. В силу недостаточного финансового обеспечения в период выхода за гарантийный ресурс, возможно и экономически целесообразно поддерживать требуемую надежность двигателей путем замены узлов ТНВД, выработавших свой технический ресурс, на модернизированные и имеющие больший моторесурс, нежели ранее использовавшиеся.
Исходя из этого условия, задача исследования заключается в выборе варианта проекта узла ТНВД, позволяющего повысить моторесурс двигателя. Предположим, что качество выбранного варианта проекта повышения моторесурса ТНВД оценивается скалярным критерием F(x), состояние и характеристики проектируемого узла – вектор-функцией m(a, e), через a обозначим вектор проектных решений, определяющих в условиях неполной информации структуру и отдельные параметры проектируемого узла. Этот вектор подлежит выбору в процессе принятия решения.
Выбор элемента α∈A дает множество возможных состояний:
ха(Е) = {ха|ха = m(a, e), ε∈Е}. (13)
Каждому из состояний проектируемого узла и каждому набору его характеристик из числа хα∈Хa(E) соответствует некоторое значение критерия F(хa), имеющаяся информация позволяет в этом случае говорить лишь о том, что в результате проведенного выбора, значение скалярного критерия, оценивающего качество варианта проекта, при условии, что выбран элемент α∈A, и что ха=m(a, e), а ε∈E, будет не хуже 
.
Вычисление 
сводится к следующему: каждому α∈A ставится в соответствие результат F(Za), Za = m(a, εа). Элемент εа вычисляется согласно соотношению:
. (14)
Задача выбора рационального варианта будет формулироваться в рассматриваемом случае так: найти такой вариант проектного решения α∈A, который доставит максимум функций F(Za).
В этом случае для решения задачи рационального выбора проектного решения в условиях неполной информации необходимо отыскать решение оптимальной модели.
Таким образом, совершенствование НПЭ, направленное на увеличение их моторесурса, может привести к значительному увеличению надежности ТНВД и двигателя в целом.