CC BY
8
Количество используемых для окончательного обучения выборок задается в коде ПО и хранится как глобальная постоянная. При нажатии кнопки «Добавить критерий достоверности» происходит запуск процесса обучения ИНС с учетом увеличения
размерности сети. На рисунке 10 представлен вид ПО после окончания обучения ИНС и получения результатов анализа указанных параметров телеметрии.
Достоверизация параметров телеметрии
□ Загружать исходные данные при старте
Загрузить исходные данные
Выполнять анализ Наименование параметра Идентификатор ОИК Рекомендуемое действие
Тобольская ~ЗЦ 110 KB U 27351 Сдать на объект (Тобольская ТЗЦ. _е.". (3465) 777777 Начальник смены.
Iii Вынгапур 1 CLL 110 kB Übe 11328 Обратиться в САСДУдля корректировки ней ОИК
Анализировать имеющиеся недостоверности
Добавить критерий достоверности
Рисунок 11 - Вид интерфейса, проектируемого ПО на этапе промышленной эксплуатации В результате проведенного исследования было получено представление о возможности использования
искусственных нейронных сетей для автоматизации процесса поиска и устранения ошибок телеметрии принимаемой диспетчерским центром электроэнергетики. Несмотря на решение не всех поставленных задач можно говорить о полном соответствии результатов работы ожиданиям авторов. В процессе выполнения работы были решены следующие задачи: разработка метода достоверизации параметров телеметрии объединяющего достоинства и исключающего недостатки имеющихся; разработка алгоритма функционирования программного обеспечения для автоматизации процесса достоверизации; разработка программного обеспечения для автоматизации процесса достоверизации.
К частично решенным задачам можно отнести задачу по апробации и внедрению результатов работы в диспетчерском центре электроэнергетики. Решение данной задачи остается вопросом времени ведь
помимо убедительных результатов настоящего исследования необходимо разработать ПО удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к программным продуктам в АО «СО ЕЭС».
Однако необходимо отметить, что разработанное программное обеспечение с учетом внесения административных изменений в процесс достоверизации параметров телеметрии может в высокой степени автоматизировать труд сотрудников Отдела оперативной эксплуатации автоматизированных систем управления, а также позволит в некоторых ситуациях отказаться от ложного обращения по услуге достоверности данных телеметрии. Уменьшение «ручного» труда вышеуказанных сотрудников должно позволить уделить больше внимания другим немаловажным задачам решаемым ООЭ АСУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Назаров А.В., Козырев Г.И., Шитов И.В. и др. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс. - СПб.: Наука и техника, 2007. - 672с.
2. Гамм А.З., Герасимов Л.Н., Колосок И.Н. и др. Оценивание состояния в электроэнергетике. М.: Наука, 1983. - 320 с.
3. Официальный сайт Системного оператора единой энергетической системы Российской федерации http://so-ups.ru
4. Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) подстанции СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007- 35.240.01.023-2009.
5. Занин А.С., Бушмелева К.И. Автоматизация процесса достоверизации телеметрии диспетчерского центра электроэнергетики //Вестник кибернетики 2017. № 4 (28). С. 139-145.
6. Бурдыко Т.Г., Бушмелева К.И. Использование метрик для тестирования программного продукта //Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2019. Т. 2. С. 167-169.
7. Занин А.С., Бушмелева К.И. Достоверизация телеизмерений в системах управления сложными структурами на примере ОАО «СО ЕЭС» //Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2017. Т. 2. С. 7-8.
8. Занин А.С., Бушмелева К.И. Адаптация данных и обучение простейшей нейронной сети //Вестник кибернетики. 2018. № 4 (32). С. 177-183.
УДК 621.396.6
Власов М.А., Сучков А.В., Сергин С.Ф.
ФГУП «Российский федеральный ядерный центр - всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академ. Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия
К ВОПРОСУ О ПОДТВЕРЖДЕНИИ ЧИСЛЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
В статье приводится методика подтверждения численных показателей надежности и безопасности пиротехнических устройств. Представленный методологический подход позволяет сократить не только требуемое количество образцов для испытаний, но и время проведения этих испытаний. Ключевые слова:
НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА, ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВВ
В промышленности и военном деле очень широко используются одноразовые устройства (однократного применения), в состав которых входят различные взрывчатые вещества.
Основным показателем безопасности устройств такого типа является вероятность отсутствия их
самопроизвольного срабатывания без воздействия инициирующего импульса - К. По сути дела это случайная величина является обратной (дополняющей до 1) вероятности самопроизвольного срабатывания цсс являющейся одним из показателей надежности:
Я = 1-цсс. (1)
Поскольку самопроизвольное срабатывание ведет к невыполнению (или несвоевременному выполнению) устройством заданных функций, данное событие является одной из форм отказа [1]. Подход к оценке природы отказа, как к событию случайному, то есть как к событию, описываемому только двумя состояниями, обусловлен только нашим незнанием причин данного события - начальных условий. Действительно, даже пример с подбрасыванием монетки является, по сути физическим и однозначно предсказуемым в случае, когда известны начальное положение монеты, точка приложения и параметры импульса силы, состояние атмосферы (ветер, плотность) и т.д. Таким образом, подход Бернулли (биномиальный закон) является лишь наиболее простым [2], но не наиболее правильным при прогнозировании исходов событий. Наиболее правильным является, по нашему мнению, модельный подход к прогнозированию, когда каждый из воздействующих факторов заменяется случайной величиной физической природы с собственным законом и параметрами распределения. Практическое применение такого подхода возможно для тех событий, для которых перечень воздействующих факторов можно ограничить и описать физическими моделями.
Задача оценки вероятности самопроизвольного срабатывания устройств может, в большинстве случаев, быть решена описанным выше способом физических вероятностных моделей.
Наиболее логично применение данного способа для описания пиротехнических устройств, для которых оценивается вероятность их самопроизвольного срабатывания в нормальных условиях эксплуатации в отсутствии инициирующего импульса.
Поскольку оценивается только указанная вероятность, то необходимо рассматривать только факторы, способствующие этому событию и, при испытаниях, не принимать в расчет все исходы, приводящие к разрушению устройства, но не приводящие к его самопроизвольному срабатыванию.
Срабатывание любого пиротехнического устройства связано с началом процесса горения или взрывчатого превращения, что в свою очередь зависит от чувствительности взрывчатых веществ (ВВ), входящих в состав данного устройства [3].
Чувствительность — характеристика восприимчивости взрывчатых веществ (ВВ), к определенному внешнему воздействию.
Чувствительность ВВ чаще всего представляют в виде минимального значения какого-либо внешнего воздействия (начального импульса), которое с определённой (чаще всего 100-процентной) вероятностью приводит к возгоранию или взрыву этого ВВ. Эта характеристика является очень важной для организации безопасного производства, перевозки и применения ВВ.
Наиболее распространёнными, а во многих случаях и стандартизиро-ванными, являются следующие виды чувствительности ВВ [4]: к удару; к наколу; к трению;
к нагреву (температура вспышки); к воздействию пламени; к воздействию искры; к прострелу пулей (осколком); к детонации (восприимчивость к детонации). Пиротехнические приборы в отличие от боеприпасов, как правило, делятся на три группы - средства задействования (предназначенные для инициирования других устройств), средства передачи огневого или детонационного импульса и исполнительные устройства (предназначенные для выполнения требуемой функции).
Средства задействования сочетают в себе устройство генерирования инициирующего импульса - электрическое (искра) или механическое (накол или удар) и непосредственно ВВ чувствительное либо к воздействию искры, либо, соответственно,
к механическому воздействию - наколу или удару и флегматичное к любому другому воздействию.
Устройства передачи огневого или детонационного импульса, а также исполнительные устройства имеют в своем составе либо бризантные ВВ, либо пиротехнические составы или пороха которые чувствительны либо к воздействию открытого пламени, либо к детонации и флегматичные к любому другому воздействию.
Бризантные (вторичные) — вещества с высокой бризантностью, которой соответствует большая скорость распространения взрывной волны в веществе. От инициирующих отличаются меньшей чувствительностью.
Пиротехнические составы (зажигательные, осветительные, сигнальные и трассирующие), применяемые для снаряжения специальных боеприпасов, представляют собой механические смеси из окислителей и горючих веществ. При обычных условиях применения они, сгорая, дают соответствующий пиротехнический эффект (зажигательный, осветительный и т. д.). Многие из этих составов обладают также и взрывчатыми свойствами и при определенных условиях могут детонировать.
Пороха делятся на дымные и бездымные. Представителями первой группы могут служить черные пороха, представляющие собой смесь селитры, серы и угля, например артиллерийский и ружейный пороха, состоящие из 75 % калиевой селитры, 10 % серы и 15 % угля. Температура вспышки дымных порохов равна 290—310 °С. Ко второй группе относятся пироксилиновые, нитроглицериновые, ди-гликолевые и другие пороха. Температура вспышки бездымных порохов равна 180—210 °С.
Таким образом, пиротехнические приборы могут сработать только в результате специфических воздействий характерных только для условий применения и отсутствующих при нормальных условиях эксплуатации.
Следовательно самопроизвольное срабатывание может быть обусловлено только возможной чувствительностью ВВ из состава указанных приборов к факторам, характерным для нормальных условий эксплуатации. Это обстоятельство и обуславливает физическую модель эксперимента как имитацию отдельных факторов с определенным запасом (превышением) по уровню относительно предполагаемого максимального их воздействия при эксплуатации.
Теоретические выкладки и схему эксперимента можно составить при следующих допущениях:
- закон распределения чувствительности ВВ по соответствующему воздействующему фактору нормальный (распределение Гаусса) с параметрами:
-Рвз- математическое ожидание (1ый момент);
- - среднее квадратическое отклонение (корень 2ого момента);
- коэффициент вариации: V- испытательная нагрузка (уровень нагружения
по соответствующему воздействующему фактору) и максимальный уровень рабочей нагрузки - величины дискретные;
- испытательная нагрузка - величина постоянная, т.е. пренебрегаем погрешностью воспроизведения нагрузки.
Схема математической модели испытаний приведена на рисунке 1,
Вероятность срабатывания устройства при уровне воздействия, меньшем или равном испытательному, определяется прямыми испытаниями п устройств нагрузкой равной Рисп, при которых фиксируются срабатывания т из них.
Таким образом, апостериорная вероятность будет составлять: Вер(Рвз < Рисп) = —, а в случае отсутствия срабатываний (т=0) - Вер(Рвз < Рисп) = , что будет соответствовать квантилю (см. рис. 1):
ц = Гисл-^ = Гисл-^ (2)
^исп _ е (2)
Рисунок 1 - Математическая модель испытаний, где: Р- уровень воздействия (ед); Рв3 - точечное значение чувствительности ВВ, т.е. уровня воздействия, приводящего к срабатыванию устройства (ед); Рр - максимальный уровень воздействия, соответствующий условиям нормальной эксплуатации
устройства (ед); FHC
уровень воздействия, воспроизводимый при испытаниях (ед).
Квантиль в математической статистике — значение, которое заданная случайная величина не превышает с фиксированной вероятностью. В случае нормального распределения это верхний предел (и) интеграла нормированной функции плотности нормального распределения:
Вер(х <U) = Ф(Ц) = [
Используя сформулированное допущение и предположение об одинаковом необходимом уровне безопасности прибора к воздействию каждого фактора, т.е. ^ = Я2 =.. .= = Я , можно из выражений (4) и (5) вывести формулу вычисления необходимого испытательного коэффициента запаса для отдельного фактора:
Квантиль вероятности срабатывания при уровнях воздействия соответствующих нормальной эксплуатации (т.е. вероятности Вер(Р < Рр)) будет рав-
ишП-у+1
(6)
няться:
Ф-1(1-К) = UP =
Fp-Рвз V-Рвз
(3)
где: Ф-1(х) - квантиль интеграла нормированной функции плотности нормального распределения соответствующий значению этого интеграла равному к.
Выразив из выражений (2) и (3) Рисп и Рр соответственно, можно определить необходимый испытательный запас п по уровню воздействия, который необходим для подтверждения заданной вероятности срабатывания устройства при нормальных условиях эксплуатации:
Из (1): Рисп = иисп-У-Рвз + Рвз = Рвз-(ииСп-У+1);
Из (3): РР = иР-уРв3 + Рв3 = Рв3-(иР-У+1); рисп Рв3-(иисп-У+1) _ иИсп'^+1
^ Fp pb3-(up-v+1) Up-v+1
(4)
Поскольку внешние воздействия имитировать с коэффициентом запаса комплексно в большинстве случаев невозможно и не имеет смысла, то для испытаний необходимо принять еще одно допущение, которое позволит оценить общий показатель безопасности. Необходимо принять, что срабатывания от каждого отдельного фактора внешнего воздействия являются событиями не только случайными, но и независимыми. Следовательно, общий показатель безопасности прибора Я- при нормальных условиях эксплуатации будет равен произведению вероятностей несрабатывания для каждого 1-ого воздействующего фактора из п возможных:
(5)
Поскольку требования по вероятности самопроизвольного срабатывания пиротехнических устройств задаются в виде точечных значений, то предлагаемая методика вполне применима для подтверждения указанных требований.
Заключение
Описанная в данной статье методика подтверждения требований по безопасности пиротехнических устройств имеет явное преимущество перед методиками, основанными на биномиальной схеме, так как сокращает не только требуемое количество образцов для испытаний, но и время испытаний, потому что исчезает само понятие интенсивности отказов. А вместе с ним исчезает и необходимость бессмысленной имитации длительной эксплуатации и замены испытаний N приборов испытаниями одного прибора N раз основанного на недоказанном априорном предположении об эргодичности системы (генеральной совокупности приборов).
Эргодичность — специальное свойство некоторых динамических систем, состоящее в том, что в процессе эволюции почти каждое состояние с определённой вероятностью проходит вблизи любого другого состояния системы. Система, в которой фазовые средние совпадают с временными, называется эргодической. Для эргодических систем математическое ожидание по временным рядам должно совпадать с математическим ожиданием по пространственным рядам.
Более простое объяснение: для расчёта/определения параметров системы можно долго наблюдать за поведением одного её элемента, а можно за очень короткое время рассмотреть все её элементы (или достаточно много элементов). В обоих случаях получатся одинаковые результаты, если система обладает свойством эргодичности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов О.В. Об оценке вероятности наступления рискового события: функционально-параметрический подход //Труды международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2-х томах. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2016. - Т.1. - С. 24-31.
2. Сучков А.В., Власов М.А., Клименко Н.Н., Сергин С.Ф. Критерий достаточности статистической информации для подтверждения надежности приборов сложных технических систем одноразового применения в процессе эксплуатации //Труды международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2-х томах. -Пенза: Изд-во ПГУ, 2018. - Т.1. - С. 119-122.
3. Дик В.Н. Взрывчатые вещества, пороха и боеприпасы отечественного производства. Справочник в двух частях. Ч.1 Справочные материалы. Изд. «Охотконтракт» Минск 200 9.
4. Будников М.А., Левкович Н.А., Быстров И.В., Сиротинский В.Ф., Шехтер Б.И.. Взрывчатые вещества и пороха. Государственное издательство оборонной промышленности Москва 1955.
