CC BY
55
Секция ««Математические методы моделирования, управления и анализа данных»
УДК 618
ОПАСНЫЕ ОТКАЗЫ В МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
П. А. Кузнецов Научный руководитель - И. В. Ковалев
Сибирский государственный технологический университет Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 82 E-mail: forubox@yandex.ru
Раскрывается множественная природа показателей надежности автоматизированных систем управления. Показываются особенности учёта надежности автоматизированных систем управления при рассмотрении их многофункциональности.
Ключевые слова: надежность, безотказность, безопасность.
DANGEROUS FAILURES IN MULTIFUNCTIONAL SYSTEMS
P. A. Kuznetsov Scientific supervisor - I. V. Kovalev
Siberian State Technological University 82, Mira Av., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation E-mail: forubox@yandex.ru
The paper describes the nature of multiple indicators of reliability of automated control systems. Showing particular account of the reliability of the automated control systems when considering their versatility.
Keywords: reliability, infallibility, safety
В данной работе раскрывается особенности анализа надежностных показателей для автоматизированных систем управления (АСУ). Надежность технических систем является одним из их важнейших показателей.
В состав каждой АСУ входит набор различных элементов, выполняющие различные функции. Причём один элемент может выполнять несколько функций и, наоборот, одна функция может выполняться несколькими элементами [1].
Надежность системы - способность сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции с течением времени [2]. Она выражается множеством параметров. В современной теории надежности традиционным является принятие безотказности системы первоочередным параметром, характеризующим её надежность.
Возможным способом повышения надёжности является резервирование в системах с резервированием, выделяют основной и резервный элементы: первый представляет собой элемент структуры объекта, отказ которого при отсутствии резервирования приводит к потере работоспособности объекта, второй - элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента [3].
Для построения высоконадежных систем применяются различные методы их формирования, основанные либо на стохастических, либо на детерминированных принципах. Главной идеей подобных методов является решение задачи оптимизации - максимизация целевой функции при наличии ограничений.
Показатели надежности представлены целым списком величин. Безотказностью называется вероятность отсутствия отказа на протяжении определённого промежутка времени.
Типичной целевой функцией является безотказность всей системы, выражающаяся в виде произведения безотказности всех модулей.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
n
Р = П Р',
1=1
где Рг - вероятность безотказной работы /-того модуля; N - количество модулей.
Безотказная структура строится путём итерационного добавления резервных элементов в модули, обладающие наименее высоким показателем безотказности.
Функция, вычисляющая приоритет резервирования
Яа, = —
1 Р
Но концепция максимизации безотказности обладает определёнными недостатками. Следует помнить, что при сколь либо высокой вероятности безотказной работы, остаётся противоположная вероятность - вероятность отказа.
Также при построении структуры системы следует учитывать, что АСУ формируется из физических элементов, устройств и приборов, реализующих физическое взаимодействие с веществами и энергиями технологических процессов. И это приводит к выводу, что при отказе элемента нарушается правильное взаимодействие данных веществ и энергий. Возникает аварийная ситуация, которая может нести опасность для персонала и инфраструктуры.
Даже при сколь угодно большом повышении надежности мы не можем исключить выход системы из строя, так как этот процесс является вероятностным. При любом значении вероятности безотказной работы сохраняется вероятность обратного - вероятность отказа [4].
Опасные отказы могут возникать в модулях. Система из модулей, имеющих высокую безотказность, может нести и высокую опасность. Следовательно, необходимо целенаправленно понижать вероятность отказа модулей, несущих опасность.
Для оперирования понятием «опасность» следует дать ему количественную оценку. Существует множество способов количественной оценки. К примеру, для химических веществ имеется классификация по классам опасности. Учитывая существование опасности отказов, возникает необходимость дополнительного повышения вероятности безотказной работы для модулей с высокоопасными отказами. Одним из способов является перераспределение ресурсов, затрачиваемых на резервные модули, с менее опасных модулей на более опасные. Следует изменить функцию приоритета резервирования.
Яа,, = 1
' Р
Но простое перераспределение, хотя и обеспечит меньшую вероятность опасного отказа, уменьшит общую безотказность системы. Решением может быть изменение самой целевой функции системы. Автоматизированные системы управления многофункциональны. АСУ в общем случае, создаются для достижения какой-то цели. Цель системы разделяется на подзадачи, выполняемые определёнными функциями системы. Каждая функция играет определённую роль в достижении системой цели. Какие-то определённые функции принимают большее, а какие-то - меньшее участие в системе.
Таким образом, мы можем, ради повышения безопасности системы объявить какую-то функцию менее важной и перераспределить ресурсы с модулей этих функций на модули с опасными отказами Необходимо определять последовательности элементов, выполняющие ту или иную функциональную задачу. Данная процедура разделения имеющейся системы на подсистемы, компоненты называется декомпозицией. Декомпозиция, как процесс расчленения, позволяет рассматривать любую исследуемую систему как сложную, состоящую из отдельных взаимосвязанных подсистем, которые, в свою очередь, также могут быть расчленены на части. При декомпозиции каждое расчленение образует свой уровень.
Исходная система располагается на нулевом уровне. После её расчленения получаются подсистемы первого уровня. Расчленение этих подсистем или некоторых из них, приводит к появлению подсистем второго уровня и т. д.
После функциональной декомпозиции необходимо определить важность модулей, выполняющих функции и назначить её им. Понизится вероятность безотказной работы всей системы, зато будет понижена и вероятность опасного отказа. Также подобное перераспределение не скажется на вероятности исправности главной функции.
Секция «Математические методы моделирования, управления и анализа данных»
Но кроме понижения вероятности возникновения отказа есть способы прямого уменьшения опасности отказов. Включение особых модулей, блокирующих опасные воздействия до того, как они воздействуют на персонал или инфраструктуру. Такие модули могут как просто препятствовать опасным воздействиям наносить ущерб, так и активно ликвидировать их. Примером блокирующих модулей, препятствующих воздействию, являются средства индивидуальной и коллективной защиты. Средства защиты (СЗ) - средства, используемые работником для предотвращения или уменьшения воздействия вредных и опасных производственных факторов. В зависимости от назначения СЗ подразделяют на классы:
- средства нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест;
- средства защиты от повышенного уровня ионизирующих излучений, средства защиты от повышенной напряженности магнитных и электрических полей.
А примером ликвидирующих опасности модулей могут быть модули нейтрализации аварийных химически опасных веществ (АХОВ). Нейтрализация АХОВ - действие, направленное на уничтожение токсичных свойств веществ, основывающееся на химическом превращении АХОВ в нетоксичные продукты
Необходимость включения таких модулей определяется требованиями безопасности, и их включение производится до добавления избыточных функциональных модулей. Это обеспечивает гарантированность включения. Рассмотрение действия таких модулей на этапе проектирования позволяет уточнить расход ресурсов на систему и её безопасность.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ 24.701-86 Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения. Введ. 01.07.87. М. : Изд-во стандартов, 1987.11 с.
2. Курочкин Ю. А., Смирнов А. С., Степанов В. А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та. 1993. 320 с.
3. Кучер В. Я. Основы технической диагностики и теории надежности : письменные лекции [Электронный ресурс]. URL: http://window.edu.ru/library/ pdf2txt/967/24967/7580 (дата обращения: 07.04.2015).
4. Рябинин И. А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2007. 276 с.
5. Российская энциклопедия по охране труда. В 3 т. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2007.
© Кузнецов П. А., 2015
