Обоснование эффективности эксплуатации систем оповещения гражданской защиты Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 654:614.8

Обоснование эффективности эксплуатации систем оповещения гражданской защиты1

М.В. Носов

Аннотация

Выполнен анализ содержания существующих моделей эксплуатации и эффективности их применения к эксплуатации систем оповещения гражданской защиты (СОГЗ). Представлены оценки эффективности эксплуатации СОГЗ по выбранным показателям.

Ключевые слова: эксплуатация, модель эксплуатации, эффективность эксплуатации, показатели эксплуатации.

Rationale for Efficiency Maintenance of Civil Defense Warning Systems

M. Nosov Abstract

Content analysis of existing maintenance models and efficiency of their application to the civil defense warning systems (CDWS) maintenance is complete. Estimations of efficiency of CDWS maintenance on selected metrics are presented.

Key words: maintenance, maintenance model, efficiency of maintenance, maintenance.

Анализ модели эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем параметров

Система технической эксплуатации по техническому состоянию (ТС) с контролем параметров не предусматривает планового технического обслуживания. Техобслуживание проводится, но как следствие анализа результатов контроля параметров, определяющих техническое состояние СОГЗ. Время

и объем технического обслуживания также определяются результатами контроля технического состояния. В этом и состоит основное отличие МЭ по техническому состоянию с контролем параметров от МЭ по наработке.

Модель процесса эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем параметров представим в виде условной временной схемы изменения их технического состояния, показанного на рис. 1.

Тв Тк Тв Тв Тк

Рис. 1. Модель эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем параметров

1 Окончание. Начало см. «Технологии гражданской безопасности» № 1—2 (23—24), 2010.

Алгоритм ее функционирования сводится к следующему.

Определяются параметры X 1 = 1,2,..., которые необходимо контролировать. Применительно к СОГЗ контролируемыми параметрами могут быть: мощность сигнала, чувствительность радиоприемников, амплитудно-частотные характеристики каналов связи, напряжение источников питания. Для каждого параметра X устанавливаются пределы его допустимых отклонений ±ДХ,- .Например, для питающего напряжения это означает (220 ± 5) В.

Определяется период 9к1 проведения контроля ТС СОГЗ. Если СОГЗ проработала безотказно время 9к1, то проводится контроль технического состояния по параметрам X в течение случайного времени Тк и устанавливается следующий период контроля 9к2. При этом 9к2 Ф 9к1 или 9к2 = 9к1. В течение некоторого периода 9к1, I = 1,2,. могут иметь место случайные отказы в момент времени Т0. После отказа СОГЗ восстанавливается в течение случайного времени Тв. Моменты времени ТК и Тв считаются моментами обновления СОГЗ.

За период 9к в случайный момент времени t СОГЗ применяется по целевому предназначению в течение времени (Т ,Т+т).

Отличия анализируемой МЭ состоят в том, что вместо планового технического обслуживания проводится неплановый контроль технического состояния СОГЗ, который в случае необходимости предусматривает проведение работ по техническому обслуживанию в объеме, соответствующем техническому состоянию СОГЗ.

Таким образом, алгоритм функционирования модели эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем параметров аналогичен алгоритму эксплуатации по наработке (выработке ресурса). При такой модели сокращается объем работ по техническому обслуживанию и вследствие этого улучшаются показатели эффективности технической эксплуатации.

Следовательно, основной задачей при анализе рассматриваемой модели эксплуатации является определение оптимального значения периода 9Ко проведения контроля технического состояния СОГЗ, при котором показатели эффективности их эксплуатации (5), (6), (8) принимают экстремальные значения.

С учетом принятых обозначений экстремальные значения выбранных показателей эффективности эксплуатации СОГЗ примут следующий вид:

0К,

| Я ( +т)Ж

тахкэг(0к ) = кэг(к, ) = ^-5-. (25)

J R(t)dt + Tk +(Tb -Tk)f(0k

maxkT (&k ) = кти(&Ko ) = -

. (26)

'l + (Tb - TK)ä(0Ko ) mincy (0K) = cy (®k ^) = (obTb -ckTk))0Ko) . (27)

Из анализа МЭ по техническому состоянию с контролем параметров можно сделать вывод о том, что формально эта модель не отличается от МТЭ по наработке (выработке ресурса).

Однако есть одно существенное обстоятельство, которое заметно улучшает модель эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем параметров по выбранным показателям и отличает ее от МЭ по наработке. Это обстоятельство сводится к тому, что объем работ по техническому обслуживанию (восстановлению работоспособности) выбирается на основе анализа как априорной, так и апостериорной информации, полученной при контроле параметров применительно к каждому типу СОГЗ, тогда как в МЭ по наработке период и объем технического обслуживания определяются на основе только априорной информации и являются одинаковыми для всех типов эксплуатируемых СОГЗ.

Такой подход к организации эксплуатации частично сокращает время технического обслуживания, поскольку выполняется только тот объем работ, который необходим для обеспечения работоспособности контролируемых СОГЗ.

Своевременное выполнение регулировочных работ по контролируемым параметрам Х1 обеспечивает уменьшение интенсивности отказов Х(0 К ).

В работе [3] показано, что эксплуатация по техническому состоянию с контролем параметров систем авиационной радиосвязи снижает их интенсивность отказов на 10%.

Следовательно, модель эксплуатации СОГЗ по состоянию с контролем параметров является более эффективной по сравнению с МЭ по наработке. Для ее практического применения необходимо:

— определить совокупность контролируемых параметров х1, адекватно отражающих техническое состояние СОГЗ;

— отработать рабочие методики принятия решений по управлению техническим состоянием СОГЗ на основе анализа контролируемых параметров;

— иметь квалифицированных специалистов по эксплуатации СОГЗ и необходимый набор технических средств для автоматического (автоматизированного) диагностирования и прогнозирования ТС СОГЗ. Сформулированные задачи применительно к эксплуатации СОГЗ в полном объеме не решены. Поэтому модель эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем параметров не может быть принята в качестве базовой.

Анализ модели эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем уровня надежности

Эксплуатация по техническому состоянию с контролем уровня надежности не предусматривает проведения технического обслуживания. Поэтому алгоритм организации эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем надежности сводится к следующему. Технические средства оповещения используются по назначению в течение случайного времени Т0 до возникновения отказа. При отказе в момент времени t0 начинается восстановление, которое длится в течение случайного времени Тв . После восстановления аппаратура оповещения вновь используется по назначению в течение случайного времени Т0 до наступления следующего отказа и т. д., рис. 2.

l

Тв Тв

tB

tB

t+

Рис. 2. Модель эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем уровня надежности

В начале эксплуатации устанавливается уровень надежности по одному из выбранных показателей, например, интенсивности отказов Х0. Устанавливается определенный период эксплуатации [0, 0Э ], в течение которого накапливается статистика по отказам СОГЗ и находится оценка интенсивности отказов X* (0), которая сравнивается с Х0. При этом возможны два исхода:

1) если X* (0Э)<Х0, то считается, что уровень надежности СОГЗ соответствует установленным нормам, и эксплуатация продолжается в течение следующего периода (0Э ,20 Э) и т.д.;

2) если X (0Н) >Х0, то это свидетельствует о снижении уровня надежности СОГЗ ниже установленного. В этом случае выясняются причины увеличения отказ-ности и принимаются меры по увеличению надежности СОГЗ. Такими мерами могут быть:

— улучшение условий эксплуатации;

— совершенствование принятой модели и организации эксплуатации;

— повышение квалификации специалистов групп эксплуатации и ремонта;

— проведение доработок.

Произведем анализ МЭ по техническому состоянию с контролем уровня надежности по выбранным показателям эффективности эксплуатации. Поскольку рассматриваемая МЭ не предусматривает проведение технического обслуживания, то для оценки ее эффективности используем следующие показатели:

ког — коэффициент оперативной готовности; кг — коэффициент готовности; Су — средние удельные затраты на единицу времени эксплуатации.

Требуется установить такое 0Эо, при котором выбранные показатели принимают экстремальные значения. Утверждение:

Оптимальный период 0Эо контроля технического СОГЗ, при котором показатели эффективности эксплуатации принимают максимальные значения, равен средней наработке на отказ. Доказательство:

Вначале рассмотрим коэффициент оперативной готовности

ког = krR (т),

(28)

где кг = -

М [Т0_

— коэффициент готовности

М [70 ] + М [Тв СОГЗ в интервале (0 ^0Э );

Я (т) — вероятность безотказной работы СОГЗ за время ее практического применения длительностью т.

Будем полагать, что Я (т ) не зависит от времени восстановления Тв, т. е. предполагается мгновенное восстановление при отказе. Тогда

1 0 1 0 R(т)=—;—¡ГR(t+T)dt = —-—- ГГ1 -F(t +т)] dt. (29) V ; M[T0]J V ; M[T0]JГ v v ;

Выражение для М [Т0 ] на интервале (0 ^0) запишем в соответствии с (11):

Э ~ Э

M[T0]= Г R(t)dt = J[1 -F(t +т)]dt . (30)

Математическое ожидание времени восстановления определим как

M [TB ]= TBF (0),

(31)

где Т в — среднее время восстановления; F (0) — вероятность отказа на интервале (0 ^0). Подставим (29), (30) и (31) в (28) и получим

Э

Г R (t +x)dt

к=

ОГ 0Э

(32)

J R (t)dt + TbF (0H )

При т << Т0 подынтегральное выражение числителя (32) принимается равным

R(t +t)sR(t)+[R(t)] т =R(t)+[l-F(t)] т .

С учетом этого

ког (0 H)=\

J R (t )dt -T F (0)

| Я (г)Ж + ТoF (0)

0

Для определения 0Эо решим уравнение

dkor (0 н ) dt

0

0

0

t

t

01

02

рес

В результате дифференцирования (1.42) и последующего преобразования будем иметь:

_ _

F (ЭЭ )R (ЭЭ) ( Tb + т)- F'(ЭЭ )(Tb + t)J R(t)dt=0. (34)

Из решения уравнения

dkr (Q э )

dt

= 0

Разделим обе части уравнения (34) на R(0Э)(tb +т ), получим:

получим ответ о периодичности контроля надежности.

В результате дифференцирования (39) и последующего преобразования будем иметь:

f (э)-^R:(Sf)e/R (t )dt=0.

(35) F(ЭЭ )R(Qэ )Tb -F'(©Э )Tb Jr(()dt = 0. (40)

где —("Э ) = X (Эч ) — интенсивность отказов [81. R(Ээ ) v J

Перепишем (35):

F (Э)-Х(Э) J R (t)dt = 0.

Разделим составляющие равенства (40) на R( Э )Tb, получим:

Ээ

F (Э Э )-Х(Э Э )J R(t )dt = 0. (41)

0

(36) Из (41) будем иметь:

Из (36) следует, что

"Э

J R (t )dt =

F (Ээ ) Х(Ээ )

(37)

Равенство (37) есть выражение средней наработки через вероятность отказа F (ЭЭ ) и интенсивность отказов X (ЭЭ ) в интервале (0 + ЭЭ ).

Таким образом, для МЭ СОГЗ по техническому состоянию с контролем уровня надежности период проведения контроля надежности характеризуется средней Ээ

наработкой на отказ J R (t)dt в интервале (0 ^ ЭЭ ).

0

Максимальное значение (37) соответствует Э = ~.

ЭЭ =» _

При этом J R(t)dt = Т0 , а F(©Э = ~)= 1. Для нормального периода эксплуатации примем X(©Э )= X = const. Тогда

Т = 1 Т X

Так образом, сформулированное утверждение доказано.

Максимальное значение кОГ (ЭЭ ) получим из (33) при ЭЭ = ^ :

кОГ (ЭЭ = maxкОГ (ЭЭо )= =

Т -т

Т 0 + Т

(38)

Проведем анализ МЭ СОГЗ по техническому состоянию с контролем надежности по показателю кг. Выражение для кг получим из (33) при Т = 0:

кг (Э э ) = э

^Э

J R(t )dt

J R(( )dt + TbF (Ээ

(39)

J R(( )dt =

F (Э h Х(Э H

(42)

Максимальное значение левой части равенства (42) имеет место при ЭЭ = С учетом этого для нормального периода эксплуатации, когда Х(Ээ)=X = const получим:

Т = I Т X.

(43)

Максимальное значение коэффициента готовности получим из (39) при Э Э =

кг(э э = = max кг(э эо) =

Т + Т

10 т 1B

(44)

Таким образом, и по этому показателю период проведения контроля надежности определяется средней наработкой на отказ СОГЗ, а максимальное значение коэффициента готовности — его стационарным значением.

Произведем оценку экономичности эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем надежности. В качестве показателя экономичности эксплуатации возьмем средние удельные затраты Су на единицу времени наработки.

Обозначим С в средние удельные затраты на единицу времени выполнения восстановления работоспособности СОГЗ после отказа.

Из (8) при Тто = 0 получим:

- М[СвТВ]

СУ = -

М [Т 0 ]

где М[Тв]= CbTbF(Эh ) ,

Ээ

М [Т0 ]= J R(( )dt.

Тогда

Су (0 з ) =

СвTвF (0 з

03

J R(( )d(

(45)

Оптимальный период контроля надежности определим как результат решения

dCy (0 H d0„

= 0 .

После дифференцирования (45) будем иметь: ____0Э __

Св Тв¥ '(0 н) | )сН - Св Тв¥ (0 Э )я(0 Э) = 0. (46)

0

Разделим составляющие уравнения (46) на С в Тв Я(0 Э):

М*)d' -F (0зь«•

Л(03 )J R(( )dt - F (0 3 )= 0.

Отсюда

^3

J R(( )d( =

F (0 з

Л(0 з

(47)

Равенство (47) определяет среднюю наработку на отказ и принимает максимальное значение при 0Э = го. При этом из (47) следует:

Т = 1

Т 0 =Л,

а из (45):

Су (03 = «>) = min СУ (0)= . (48)

0 Т 0

Таким образом, и по этому показателю период контроля надежности характеризуется средней наработкой на отказ.

Из анализа равенства (48) следует, что минимальные расходы на эксплуатацию СОГЗ имеют место при Т0 ^ го и Тв ^ 0.

Отсюда следует практический вывод: МЭ по состоянию с контролем надежности является предпочтительной для высоконадежных СОГЗ, имеющих достаточно большое значение средней наработки на отказ с минимальным временем восстановления.

Системы оповещения ГЗ, выполненные на основе КТСО П-166, можно отнести к высоконадежным си-

стемам, т. к. их средняя наработка на отказ составляет Т0 = 10 000час., а среднее время восстановления Тв ~ 10 час.

Заметим, что величина Т 0 закладывается при конструировании и реализуется при производстве АО. Будем полагать, что в процессе эксплуатации увеличить значение Т 0, которое оговорено в технической документации на СОГЗ, возможно на основе проведения доработок и структурного резервирования СОГЗ. Повышение надежности СОГЗ в процессе эксплуатации существенно улучшает показатели эффективности их эксплуатации.

Другим важным направлением повышения ког и кг или уменьшения СУ в процессе эксплуатации СОГЗ является сокращение времени ее восстановления Тв при отказах, которое складывается из: времени, затрачиваемого на техническую диагностику, — ТТд; наличия и времени доставки ЗИП к месту проведения восстановительных работ — Т Д; времени выполнения непо-

средственного ремонта

ТР, т. е.

т + Т + Т

ТД Д Р'

Следовательно, для сокращения времени Тв необходимо:

— разработать и внедрить в практику эксплуатации СОГЗ современные методы и средства технической диагностики, которые могли бы применяться одновременно с проведением периодических контрольных проверок технического состояния;

— разработать методы расчета количества запасных элементов, необходимых для проведения своевременных восстановительных работ на СОГЗ;

— разработать методику и способы выполнения и организации ремонтных работ.

Таким образом, из проведенного научно-практического анализа МЭ по техническому состоянию с контролем уровня надежности применительно к СОГЗ можно сделать следующий вывод: эта модель может быть принята в качестве базовой при организации технической эксплуатации СОГЗ.

Сравнительные характеристики анализируемых моделей эксплуатации

Выбранные единые показатели эффективности функционирования рассмотренных МЭ дают возможность сравнить их между собой и выбрать те, которые по принятым показателям в большей мере соответствуют особенностям эксплуатации СОГЗ.

Для удобства сравнения обозначим: МЭ по наработке — I; МЭ по состоянию с контролем параметров — II; МЭ по состоянию с контролем надежности — III.

Получим сравнительные оценки количественных значений выбранных показателей эффективности эксплуатации применительно к СОГЗ, выполненных на основе аппаратуры П-160 [6].

В

или

Для выполнения расчетов воспользуемся следующими исходными данными: X = 0,0003 1/час; ТТо=10 час; Т6 = 6ТТО; т = 10 мин.

Ранее было показано, что эксплуатация по техническому состоянию с контролем параметров снижает интенсивность отказов более чем на 10 %. В соответствии с этим для МЭ по состоянию с контролем параметров примем Л = 0,0004 Хас.

Средние удельные затраты условно примем: св = 1, Сто = 1 .

Оптимальные периоды 00 00К проведения технического обслуживания соответственно для МЭ-1 и МЭ-2 для случая, когда интенсивность отказов ^(0) апроксимируется выражением:

Я(©) = 0,001 + 0,001t Хас , а функция распределения F () имеет вид:

J^(0)d0

F (t )= 1 -<

: 1 - e

Для таких исходных данных оптимальный период наработки для проведения технического обслуживания соответствует: для МЭ I — 00 = 45 час; для СТЭ II — 0ОК = 47 час.

Оптимальный период проведения контроля технического состояния для СТЭ III определим в соответствии с равенством (38) и равен 0 Эо = Т 0 = 3000 час.

Методика определения 00 и 00К для СТЭ I и II показана на рис. 3.

В соответствии с полученными периодами 00, 0 Ко, 0Эо вычислены максимальные (минимальные) значения выбранных показателей эффективности эксплуатации, которые сведены в таблицу.

^^^^ Типы СТЭ Показатели ^^^^ I II III

кЭГ (кОГ ) 0,51 0,6 0,98

кт (к Г) 0,51 0,6 0,98

cy 0,9 0,7 0,09

Из анализа полученных результатов следуют выводы:

1. Значение показателя кдг = кОг, а кТ = кг для всех трех типов МЭ. Это объясняется тем, что

т = 10 мин << Т0 = 3000 час. При этом условии R(t) = е/т 0 «1 и, следовательно, кЭГ(кОГ) = кт (кГ). Таким образом, при исследовании вопросов эффективности эксплуатации СОГЗ практическое значение имеют только показатели кт(кГ) и Cy.

2. Организация технического обслуживания по наработке (по выработке ресурса) неэффективна по всем показателям, и, следовательно, ее дальнейшее применение для эксплуатации высоконадежных СОГЗ не имеет никакого практического и научного обоснования.

3. Модель эксплуатации СОГЗ по техническому состоянию с контролем уровня надежности может быть принята в качестве базовой.

4. Применение МЭ II для СОГЗ может рассматриваться как дополнение к базовой СТЭ III.

Рис. 3. Графический метод определения оптимальных периодов проведения технического обслуживания

и контроля технического состояния СОГЗ

Литература

1. Барзинович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Транспорт, 1981.

2. Виноградов В.А., Мартынов. В. И., Носов М.В., Ярлыков М.С. Инженерно-авиационное обеспечение боевых действий и боевой подготовки частей и эксплуатация авиационного радиоэлектронного оборудования. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1983.

3. Виноградов В.А., Воскобоев В.Ф., Лапсаков О.А., Ярлыков М.С. ИАО боевой подготовки и боевых действий авиации вооруженных сил и эксплуатация авиационных РЭК. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1996.

4. Каштанов В.А. Исследование стратегий обслуживания сложных систем. Справочник «Надежность технических систем». М.: Радио и связь, 1985.

5. Носов М.В. Эксплуатация и контроль технического состояния систем связи и оповещения. Новогорск: АГЗ МЧС России, 1998.

6. Носов М.В. Организация технической эксплуатации технических средств оповещения. Новогорск: АГЗ МЧС России, 2003.

7. Положение о эксплуатационно-техническом обслуживании систем оповещения населения. М.: МЧС России, 2003.

8. Носов М.В. Надежность технических систем. Новогорск: АГЗ МЧС России, 1998.

Сведения об авторе:

Носов Михаил Васильевич, к.т.н., профессор, Академия гражданской защиты МЧС России, 141415, Московская обл., г Новогорск.

ю.и. СОКОЛОВ

It ^

» 4 t

Фш ~

• > гл я

Риски ж

Ч ВЫСОКИХ *

' ф 9 -

УДК 62-022.53

ББК 30

Соколов Ю.И. Риски высоких технологий / МЧС России. — М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009. — 312 с.: ил.

ISBN 978-5-93970-039-2

В книге дана характеристика техногенного общества как общества риска и его связи с появлением принципиально новых технологий, получивших название «высокие технологии».

Отдельная глава книги посвящена воздействию «высоких технологий» на эволюцию человека, их роли в ускорении темпов научно-технического прогресса, биологической и общественной эволюции.

Отдельные направления «высоких технологий», к которым отнесены информационно-коммуникационные технологии, биотехнологии, генная инженерия, искусственный интеллект, нанотехнологии, а также возможное их использование в военных целях, рассмотрены в отдельных главах.

Книга может быть полезна широкому кругу лиц, интересующихся влиянием «высоких технологий» на развитие человеческого общества, а также учащимся образовательных учреждений, изучающим вопросы риска в современном обществе.

© Ю.И. Соколов, 2009

© ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Техногенная цивилизация

1.1. Типы цивилизаций

1.2. Постиндустриальное общество

1.3. Общество риска

1.4. Высокие технологии постиндустриального общества

ГЛАВА 2. Высокие технологии и эволюция человека

2.1. Воздействие высоких технологий на человека

2.2. Высокие технологии и антропная материя

2.3. Проблема антропогенной сингулярности

2.4. Проблемы выживания человечества

2.5. Вопросы моральной ответственности за будущее

2.6. Роль науки и технологии в современном мире

2.7. Ускорение темпов научно-технологического прогресса

2.8. Ускорение темпов биологической и общественной эволюции

ГЛАВА 3. Информационно-коммуникационные технологии

3.1. Информационные технологии

3.2. Развитие информационного общества в Российской Федерации

3.3. Роль и значение Интернета

3.4. Военное применение информационно-коммуникационных технологий

3.5. «Большой Брат смотрит на тебя»

3.6. Киберпреступность и кибертерроризм

ГЛАВА 4. Биотехнологии

4.1. Основные понятия биотехнологии

4.2. Общая схема биотехнологического производства

4.3. Возможности и направления биотехнологии

ГЛАВА 5. Генная инженерия

5.1. Структурная организация генного вещества

5.2. Наследственная информация

5.3. Проект «Геном человека»

5.4. Стволовые клетки

5.5. Проект «Протеом человека»

ГЛАВА 6. Искусственный интеллект

6.1. Понятие «искусственный интеллект»

6.2. Решения проблемы искусственного интеллекта

6.3. Искусственные нейронные сети

6.4. Философские аспекты искусственного интеллекта

6.5. Робототехника

ГЛАВА 7. Нанотехнологии

7.1. Введение в нанотехнологии

7.2. Техника нанонауки и нанотехнологий

7.3. Наноматериалы

7.4. Философия нанообщества

ГЛАВА 8. Использование высоких технологий в военных целях

8.1. Использование биотехнологий

8.2. Генетическое оружие

8.3. Международные усилия по контролю за биотехнологиями

8.4. Военные роботы

8.5. Военное использование нанотехнологий ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

Электронная версия книги в формате PDF

http://elibrary.ru/item.asp?id=15017749