CC BY
63
УДК 621:005
Бычков И. В., Николайчук О.А., Юрин А.Ю.
ФГБУН «Институт динамики систем и теории управления им. В.М. Матросова Сибирского отделения Российской академии наук», Иркутск, Россия
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Отказы сложных технических систем (СТС), т.е. систем используемых для реализации опасных процессов при экстремальных значениях параметров взрывопожароопасных и токсичных сред, достаточно часто являются источником аварий и, как следствие, техногенных чрезвычайных ситуаций. Тяжелые социальные, экономические и экологические последствия техногенных чрезвычайных ситуаций (ТЧС) подтверждают актуальность необходимости совершенствования научных основ обеспечения техногенной безопасности. Значительное число отказов СТС и последующих за этим аварий обусловлено отказами уникальных механических систем (УМС), входящих в состав СТС. Под УМС понимаются системы, изготавливаемые в нескольких экземплярах, которые эксплуатируются в отличающихся условиях и при этом реализуют экстремальные технологические операции в составе СТС. Отказы УМС обусловлены процессами деградации их свойств до такой степени, когда УМС перестает быть работоспособной и не обеспечивает должный уровень безопасности функционирования.
Снижение количества и тяжести аварий СТС связано с задачей понижения вероятности отказов УМС, которая, в свою очередь, в значительной степени зависит от точности оценки текущего технического состояния и прогнозирования его динамики. Точность и адекватность результатов прогнозирования предлагается улучшить за счет применения методологии системного анализа фазового пространства технического состояния, результаты которого представлены в докладе.
Обобщенная модель объекта исследования. Предлагается рассматривать УМС как систему типа «человек - машина - среда». Тогда УМС является объектом системного анализа, синтеза и моделирования, а предметом (основным содержанием соответствующих исследований) — выявление объективных закономерностей изменения динамики технического состояния, с целью предупреждения аварий и ТЧС [1, 2].
Обоснованность выбора человеко-машинной системы в качестве объекта исследования аргументирована следующими доводами: а) она включает в себя и источник опасности (обычно — машина), и
потенциальную жертву (чаще всего — человек); б) ее функционирование есть эксплуатация людьми техники в определенной среде (безлюдные и не использующие технику процессы — частный случай); в) в этой системе содержатся носители всех типов предпосылок к ТЧС — ошибок человека, отказов техники и неблагоприятных воздействий на них со стороны окружающей среды.
В самом общем виде модель такого объекта исследования включает [1] (рис. 1) в себя технологическое оборудование (машину, аппарат — М), эксплуатирующий ее персонал (человека — Ч), рабочую среду (среду — С), взаимодействующих между собой по заданной технологии и установленной организации работ (технологию — Т), входные воздействия на систему (установленные интервалы времени, выделенные ресурсы, требуемые условия работ), I ) , ее состояния (условно безопасное, опасное, критическое, послеаварий-ное — ^) ; воздействия системы на внешнюю среду (полезные и вредные результаты функционирования -Е(/) ). Названные состояния и векторные характеристики определяются структурой системы, включающей вышеперечисленные элементы с их взаимосвязями, которые рассматриваются переменными во времени и совокупно задают соответствующее факторное пространство.
Исследования авторов направлены на изучение компонента системы «машина, аппарат» (рис. 1) в аспекте выявления закономерностей динамики технического состояния. Тогда входами подсистемы
1м ) являются «ошибки оператора», изучаемые в
рамках подсистемы «человек», «технологические воздействия» (подсистема «технология»), «свойства/условия среды» (подсистема «среда»), «природные воздействия» (внешняя среда), а выходы
подсистемы Ем (^) - воздействия подсистемы «машина» на остальные подсистемы через внутреннюю среду.
KJ) - входы
Рисунок 1 - Детализация компонента «Машина» в модели объекта исследования
Для изучения подсистемы «машина-аппарат» (далее объект исследования или УМС) определим компоненты, связи, свойства подсистемы.
Декомпозиция объекта исследования. Построение математических моделей и алгоритмов исследования сложных объектов требует адекватной декомпозиции. Среди оснований декомпозиции объекта выделяют: структуру объекта; функции объекта; физические процессы, присущие объекту; жизненный цикл объекта и др. [3, 4].
Для формирования модели-основания декомпозиции объекта исследования рассмотрим аспекты, характеризующие изменение технического состоя-
ния, как основного фактора снижения уровня прочностной надежности и техногенной безопасности [5, 6].
Изменение состояний обусловлено (рис. 2): свойствами объекта, которые определены решениями, принятыми на различных этапах жизненного цикла,
взаимодействием элементов и компонентов УМС, физическими процессами, протекающими при функционировании УМС.
Также изменение состояний исследуется в различных аспектах, соответствующих решаемым задачам во всем многообразии предметных областей.
Рисунок 2 - Причины изменения технического состояния объекта
Для учета всех аспектов, и тем самым более полного отражения информации, характеризующей изменение технического состояния исследуемого объекта, предлагается общая модель-основание декомпозиции, представленная совокупностью частных формальных моделей-оснований декомпозиции:
Мд = МЖЦ ®МСтр ®МШ ®МФП
Мд - модель-основание декомпозиции; Мжц
где
модель декомпозиции
по жизненному циклу; М.
Стр
- модель структурной декомпозиции объекта; Миа - модель декомпозиции по информационному аспекту (предмету исследования); МфП - модель
декомпозиция по динамике
© - знак агрегирования о
физического процесса; моделей декомпозиции;
операция означает, что каждый элемент декомпозиции, стоящей слева, декомпози-согласно модели декомпозиции, стоящей
данная модели руется справа.
В связи с этим, метод декомпозиции объекта исследования включает:
модель декомпозиции по жизненному циклу; модель структурной декомпозиции объекта; модель декомпозиции по информационному аспекту (предмету исследования);
модель декомпозиция по динамике физического процесса.
Опишем содержательную модель декомпозиции объекта исследования.
Декомпозиция по жизненному циклу. Процесс исследования и обеспечения надежности и безопасности должен охватывать все стадии жизненного цикла объекта:
этапы стадии создания - проектирование; конструирование; изготовление; сборка, монтаж; испытание;
этапы стадии эксплуатации (применения) -собственно эксплуатация; техническое освидетельствование, техническое обслуживание и ремонт; модернизация; утилизация.
На стадии создания прогнозируется динамика технического состояния, принимаются проектные решения по ее контролируемому и желаемому изменению, обосновываются методы и средства мониторинга, диагностирования и восстановления технического состояния.
На стадии эксплуатации решаются задачи определения причин возникновения нежелательных технических состояний (генезис состояний) осуществляется прогнозирование дальнейшего изменения состояния, оценка остаточного безопасного ресурса и принимаются решения по уточнению систем диагностирования, содержанию техобслуживания и ремонта.
Структурная декомпозиция. УМС декомпозируем на структурные элементы: сборочные единицы и детали, так как техническое состояние, надежность и безопасность МС зависит от состояния ее элементов.
Выделим следующие подсистемы:
Уникальная механическая система (УМС) - система, воспринимающая нагрузки и другие внешние воздействия (воздействие рабочих сред, вспомогательных сред, окружающей среды), уникальность обусловлена единичностью объекта исследования, индивидуальностью нагрузок и реакций, невозможностью резервирования;
сборочная единица (СЕ) - изделие (часть машины, оборудования, прибора), предназначенное для выполнения некоторой функции, составные части которого (детали) подверглись соединению между собой;
деталь (Д) - изделие (часть СЕ или машины, прибора), которая изготовлена из одного материала без применения сборочных операций;
система надежности (СН) - система, обеспечивающая безотказное функционирование объекта в течение заданного времени на основе требований нормативно-технических документов, а также совокупность решений и средств по обеспечению надежности изделия.
Декомпозиция по информационному аспекту. Трансдисциплинарность — способ расширения научного мировоззрения, заключающийся в рассмотрении того или иного явления не ограничиваясь рамками какой-либо одной научной дисциплины. Трансдисциплинарность трактуется как «правило исследования окружающего мира». Предполагается, что трансдисциплинарность будет реализована, если проблема исследуется сразу в нескольких уровнях. Например, на физическом и ментальном уровнях, глобально и локально. В зависимости от того, в каком количестве и в каком сочетании будут использоваться другие дисциплины в своём дисциплинарном исследовании, трансдисциплинар-ность, в этом значении, будет называться муль-тидисциплинарностью, плюродисциплинарностью, интердисциплинарностью.
Мультидисциплинарный подход рассматривает объект исследования в виде целостной модели, где отдельная дисциплина описывает только некоторую часть объекта. При изучении сложного объекта, когда необходимо объединение большого количества дисциплин, такой подход может быть не эффективен из-за возникновения большого количества связей, следовательно, сложности их идентификации.
В этом случае необходимо найти основание для менее детальной декомпозиции множества дисциплин на непересекающиеся слои - системные представления объекта исследования. Каждый слой -это информационный слой (совокупность) дисциплин, имеющих один предмет исследования.
Понятие информационного слоя обеспечивает возможность объединения разнохарактерной информации об объекте: многообразие типов свойств, связей, состояний, рассматриваемых с различных теоретических точек зрения научных дисциплин. Это позволит исследовать объект в разных аспектах и на основе полученных знаний синтезировать целостное представление, обеспечит моделирование в областях знаний далеких друг от друга по терминологическим понятиям и уровню математической проработки задач.
При исследовании динамики технического состояния УМС выделяем следующие предметы (аспекты) исследования: функциональный, технический, физический аспекты и аспект нежелательных процессов изменения технического состояния.
На основании предлагаемого основания декомпозиции разработана модель декомпозиции УМС на подсистемы, представленные информационными уровнями взаимосвязанных и взаимообусловленных параметров состояний, обеспечивающими решение задач некоторой совокупностью научных отраслей и дисциплин:
информационный уровень функциональных состояний - подсистема обеспечения общих параметров функционирования УМС. Этот уровень характеризуется общностью аппаратурно-технологического оформления процессов и отражает целевое назначение систем и условия их реализации;
информационный уровень технических состояний
- подсистема обеспечения технических параметров функционирования УМС. Этот уровень характеризуется общностью моделей, отражающих техническое состояние объектов в различные моменты времени и их допустимые значения;
информационный уровень физических состояний
- подсистема обеспечения физико-технических параметров функционирования УМС. Этот уровень характеризуется общностью моделей, отражающих физическое состояние объектов в различные моменты времени и их допустимые значения;
информационный уровень состояний нежелательных процессов - подсистема обеспечения механо-физико-химических параметров функционирования УМС. Этот уровень характеризуется общностью моделей, отражающих процессы, протекающие в материале элементов (деталей) механических систем и учитывает физико-химические особенности процессов.
Каждый информационный уровень (подсистема) входит в компетенцию некоторой совокупности научных направлений и дисциплин для решения набора взаимосвязанных задач общей системы исследования и обеспечения техногенной безопасности:
Разработанная модель декомпозиции отражает информационную многоаспектность проблемы надежности и безопасности УМС.
На каждом информационном уровне определяем основные научные направления и дисциплины, решающие задачи этого уровня:
уровень нежелательных (деградационных) про-цессов - физико-химическая механика материалов; материаловедение; физика прочности материалов; физика разрушения материалов;
физический уровень - физика отказов, механика отказов;
технический уровень - теория упругости и пластичности; сопротивление материалов; механика разрушения; прочностная надежность и ресурс; прочностная безопасность; системная надежность (вероятностно-статистическая); логико-
вероятностная надежность и безопасность;
функциональный уровень - теория машин и механизмов; детали машин; теоретическая механика; теория конструирования; теория риска; анализ и оценка риска; эргономика.
Декомпозиция по динамике физического процесса. Эффективное решение задач генезиса и прогнозирования состояний уникальных объектов возможно при детальном изучении присущих им нежелательных процессов в результате механо-физико-химических воздействий. Например, последова-
тельное рассмотрение во времени процессов, протекающих в материале на субмикроуровне, микроуровне, макроуровне и т.д.
В работах А.Ф. Бермана [5] предложена структурная схема, отражающая взаимосвязь и взаимообусловленность свойств объекта и параметров его технических состояний на различных временных этапах деградационных процессов.
Необходимо отметить, что динамика физических процессов, протекающих в УМС, изменяется непрерывно и дискретно в зависимости от вида и значения некоторых параметров, описывающих процессы. Например, такой параметр как длина (или глубина) макротрещины сначала характеризуется непрерывным изменением числового значения. Затем при накоплении потенциальной энергии в вершине трещины происходит значительное (до скорости звука) изменение скорости ее развития и скачкообразное изменение технического состояния, которое характеризуют, как хрупкое разрушение, т.е. имеет место периодическая смена непрерывных состояний, а значит их дискретность.
Дискретные свойства позволяют выделить классы состояний объекта для отображения наблюдений, характеризующих кардинальную смену состояний объекта при переходе из одного класса в другой.
В интерпретации данной работы динамика физического процесса, формирующая состояния МС, дополнена и представлена следующими классами (рис. 3) [6]:
процессы повреждения на субмикроуровне; процессы повреждения на микроуровне; процессы повреждения на макроуровне; процессы разрушения.
Динамика физических, технических, функциональных состояний и процессов представлена соответствующими классами состояний. Классы состояний характеризуются собственным множеством свойств и параметров, описываются собственной динамикой.
Уровень нежелательных (опасных процессов) -
процессы повреждения на субмикроуровне; процессы повреждения на микроуровне; процессы повреждения на макроуровне; процессы разрушения.
Процесс повреждения на субмикроуровне (нано-уровне) материала начинается с процессов, протекающих на уровне субмикроструктуры (наноструктуры) под действием нагрузок и сред. Например, наследственные дефекты кристаллической решетки (дислокации, вакансии, атомы внедрении и т.п.) могут создавать локальные перенапряжения и являться источниками физических процессов на субмикроуровне (начальное состояние).
При достижении критических напряжений для решетки рассматриваемого материала (начальные условия) начинается деформация субструктуры. Особенно интенсивно изменения субструктуры металла происходят при действии переменных нагрузок и водорода.
Процесс повреждения на субмикроуровне (последовательность событий, имевшая место в экспериментах):
поглощение в субмикрообъемах материала энергии внешнего воздействия, например, механического;
повышение энергии кристаллической решетки до критического уровня;
деформация кристаллической решетки, разрыв межатомных связей, образование субмикротрещины;
изменение микрорельефа поверхности и экзо-электронная эмиссия (это параллельные процессы).
Протекание процесса повреждения на микроуровне в первую очередь связано с дефектами поверхности и в частности с микротрещинами, образовавшимися в результате процесса повреждения на субмикроуровне. В частности, при наличии остаточных растягивающих напряжений и коррози-онно-активной среды в поверхностных слоях некоторых сталей (в рассматриваемом случае, низколегированная хромникельмолибденовая сталь) ак-
тивизируется физико-химический процесс, назы- ваемый коррозионным растрескиванием.
X
СИСТЕМА НАДЕЖНОСТИ «Д* /
СИСТЕМА НАД ЕЖНОС ТИ «СЕ»
СИСТЕМА НАДЕЖНОСТИ «У\ 1С»
Свой
ствд нацежностн
Безотказность
„олговечность
Рьмохтопригодность
Сохраняемость
Свойства нате:=:нос1 и исходных состояний
Свойства надежности предельных состояний
Свойства живучести
СОСТОЯНИЙ 0ТК131
и
СИСТЕМА ДЕТАЛИ
СИСТЕМА СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ
СИСТЕМА УМС
Подсистема функциональные состояний
Работоспособное Состояние
Исправное Неисправное -ь
Состояние Состояние
Предельное Неработо-
Нераоото- способное
спосооное Опасное
Состояние Состояние
Подсистема технические I
Исходное Состояние - Допустимое Состояние —» Предельное Состояние - Состояние Отказа
■ ■ 1 1
■ ■ ■ 1
■ 1 1 1 ■ Поз система фнзнче ■ сеа X состоянии 1 1 1 |
■ Фиксируемое Состоякие - Состояние Допустимого Повреждена - Состояние Не~спусгнмого Повреждения - Состояние Разрушения
— -- 1 -- 1
Процесс Процесс Процесс Процесс
Повреждения -» Повреждения Повреждена Разрушения
на субышроурасне микрхлровне на -ровне
Подсистема летрал анионных нронессов
МеяаннчесЕне Ф^зико-тимичеат^е Еиологпчесвтие
воздействия Ес'здевсткня воздействия
СИСТЕМА ВОЗДЕИС ТВЗТОЩПХ ФАКТОРОВ
Рисунок 3 - Причинно-следственный комплекс динамики состояний УМС
Процесс повреждения на макроуровне также обусловлен предыдущими стадиями повреждения. В частности, для коррозионного растрескивания, имеют место следующие события:
развитие микротрещин на дне питтингов в плоскостях, как максимальных касательных, так и нормальных напряжений. Трещины заполнены продуктами коррозии, в основном оксидом железа;
преимущественное развитие микротрещин, ориентированных в плоскостях перпендикулярных максимальным растягивающим напряжениям;
слияние микротрещин и образование макротрещины;
достижение макротрещиной противоположной поверхности, т.е. образование сквозной трещины или достижение макротрещиной критического размера и последующее разрушение (размер макротрещин от 1 до 10 0 мм).
Процесс разрушения. Возникновение субмикрот-рещин в материалах обусловливается металлургическими и технологическими факторами, нагрузка-
ми и средами в эксплуатации, а также их взаимодействием.
Физический уровень - фиксируемое состояние; состояние допустимого повреждения; состояние недопустимого повреждения; состояние разрушения.
На данном уровне описывается состояние объекта на уровне материала, состояния поверхностей, размеров и форм. Состояние описывается следующими параметрами: химический состав; химический состав поверхностного слоя детали; химический состав границ зерен; глубина обезуг-лероженного слоя; состояние микроструктуры; наименование и размеры неметаллических включений; размеры, форма и распределение различных фаз, например, полосчатость феррито-перлитной структуры 3 балла (допускается 4 балла по 6 бальной шкале) и др.
Фиксируемое состояние - это исходное физическое состояние (ИФС) материала детали, сформированное в результате металлургических операций
(металлургического производства). Параметры ИФС выявляются с помощью методов и средств контроля и диагностирования в соответствие с техническими условиями (ТУ) на металлургический передел. Изменение параметров обусловлено протеканием, как контролируемых, так и неконтролируемых деградационных процессов.
Параметры ИФС, характеризующие фиксируемое состояние материала Детали (например, теплооб-менной трубы, являющейся результатом металлургического производства), контролируемые в металлургическом производстве в соответствие с ТУ: химический состав - каждый элемент, в %; химический состав поверхностного слоя детали; химический состав границ зерен - соответствует ТУ; глубина обезуглероженного слоя отсутствует и др.
Состояние допустимого повреждения. В процессе машиностроительного (технологического) передела, но главное в процессе эксплуатации, некоторые, как контролируемые, так и неконтролируемые параметры физического состояния могут изменяться по отношению к параметрам фиксируемого физического состояния. Но при этом они должны находиться в допускаемых пределах. Изменение параметров происходит как вследствие наблюдаемых и прогнозируемых машиностроительных операций и эксплуатационных деградационных процессов, так и скрытых от наблюдателя процессов, протекающих в материале объекта и соответствующих им параметров.
Состояние недопустимого повреждения. В данном подпространстве параметры вышли за допускаемые пределы:
химический состав - процентное содержание какого-либо химического элемента, изменилось по отношению к фиксированному состоянию этого элемента, либо в химическом составе материала обнаружен новый элемент или вещество, непредусмотренные ТУ;
химический состав границ зерен - скопление серы по границам зерен - не соответствует ТУ;
глубина обезуглероженного слоя - 0,35 мкм. Изменилась и превышает предельную величину (допускается 0,3 мкм) - не соответствует ТУ;
состояние микроструктуры, например, для стали 12Х1МФ: фрагментированная микроструктура; микротрещины в стыках фрагментов; наличие боль-шеугловых границ зерен; зернограничная сегрегация углерода - изменилось, что не соответствует ТУ и не допускается и др.
Состояние разрушения. Пространство состояния разрушения характеризуется следующими видами разрушения:
Хрупкое разрушение - разделение детали на две или более частей без видимой пластической деформации.
Квазихрупкое разрушение - разделение детали на две или более частей при наличии некоторой пластической деформации в зоне излома.
Вязкое разрушение - разрушение детали, сопровождаемой значительной пластической деформацией без разделения на части. Образование разрывов со значительной утяжкой кромок.
Разгерметизация вследствие сквозной трещины - если длина (или глубина) трещины приводит к разгерметизации, то она может быть принята в качестве критерия разрушения.
Разгерметизация вследствие сквозной коррозии.
Технический уровень - исходное состояние;
допустимое состояние; предельное состояние; состояние отказа.
Исходное состояние - это техническое состояние (ИТС), сформированное в результате машиностроительных операций и изменяющееся в процессе эксплуатации вследствие воздействующих факторов. Параметры ИТС выявляются с помощью запланированных методов и средств контроля качества в соответствие с техническими условиями (ТУ) на машиностроительный передел. В процессе эксплуатации эти параметры подвергаются контролю и диагностированию. Изменение исходных параметров
ТС является следствием изменения параметров на физическом уровне.
Допустимое состояние - это когда контролируемые параметры функционирования и технического состояния изменились по отношению к исходным, но находятся в допускаемых пределах. При этом, должна быть осуществлена оценка возможности сохранения параметра в допустимых пределах до очередного контроля.
Изменение обоих видов параметров происходит как вследствие наблюдаемых и прогнозируемых деградационных процессов (например, коррозия, изменение механических свойств материала, повышение вибрации и др.), протекающих в объекте, так и вследствие ненаблюдаемых деградационных процессов. Параметры, только те, которые изменяют свое значение вследствие деградации.
Предельное состояние - это когда контролируемые параметры функционирования и технического состояния изменились и достигли границы допускаемого диапазона. В тех случаях, когда возникают повреждения, характеризуемые непредвиденными на стадии создания параметрами, необходимо проведение специальных исследований для оценки причин их возникновения и возможности дальнейшей эксплуатации.
Параметры предельного состояния аналогичны параметрам допустимого состояния.
Состояние отказа - это нарушение работоспособности МС. Отказ возникает вследствие изменения параметров МС или ее частей под влиянием внутренних физико-химических процессов и воздействия внешних факторов.
Если параметры отказа характеризуют нарушение безопасности, то такие отказы называют критическими или катастрофическими.
Состояние отказа УМС. Определяется совокупностью параметров отказов, входящих в УМС элементов и собственными параметрами отказа.
Функциональный уровень - исправное состояние/работоспособное состояние; неисправное состояние/работоспособнее состояние; неработоспособное состояние.
Работоспособное состояние - все параметры функционирования и безопасности находятся в пределах нормы.
Неработоспособное состояние - какие-либо параметры функционирования, технического состояния или безопасности не соответствуют техническим требованиям.
Если объект является потенциально опасным, то он может по значению функциональных параметров находиться в работоспособном состоянии, но при этом иметь недопустимые значения параметров, характеризующих состояние безопасности. Например, утечка опасного вещества через трещины или уплотнение разъемного соединения чаще всего не сказывается на параметрах функционирования (или параметры остаются в пределах допустимых) и не фиксируется измерительными приборами. При этом, любая разгерметизация запрещена из условий безопасности. Примеры параметров опасного состояния: нарушение герметичности аппарата; превышение допускаемого уровня вибрации; заедание (затрудненное скольжение) на подвижных опорах; неработоспособность термопар(ы) и др.
Результаты системного анализа фазового пространства технического состояния УМС позволяют произвести его декомпозицию, выделить основные уровни, состояния, связи между состояниями и уровнями, а также возможные условия переходов. Полученные результаты, компактно представленные на рис. 3, позволяют повысить точность и адекватность прогнозирования технического состояния и являются основой для разработки имитационной модели УМС [6, 7], структуры процесса исследования УМС, алгоритма обеспечения надежности и безопасности СТС в целом, моделей представления данных и знаний, алгоритмов их обработки, являющихся информационным и программным обеспечением систем управления безопасностью [6, 8].
ЛИТЕРАТУРА
1. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере. Уч. пособие. М.: Академия, 2003.
2. Махутов Н.А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. - Новосибирск: Наука, 2008. - 528 с.
3. Северцев Н. А. Системный анализ определения параметров состояния и параметры наблюдения объекта для обеспечения безопасности // Надежность и качество сложных систем. - 2013, №1. - С. 410.
4. Щербань А.Б., Сидорова Ю.С. Идентификационно-структурный анализ сложных систем // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. - Т. 1. - С. 149-151.
5. Берман А.Ф. Деградация механических систем. Новосибирск. - Наука, 1998. - 320 с.
6. Берман А.Ф. Информатика катастроф // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2012, №3. - С.17-37.
7. Николайчук О.А., Павлов А.И., Юрин А.Ю. Система имитационного моделирования динамики состояний сложных технических систем на основе агентного подхода // Автоматизация в промышленности. - 2010, №7. - С.44-48.
8. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин В.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
9. D. Shishulin, N. Yurkov, A. Yakimov Modeling the Radiation of a Mirror Antenna taking Vibration Déformations into Account. Measurement Techniques. -2014. -Vol. 56, № 11, February. -P. 1280-1284
10. Бычков И.В., Берман А.Ф. Проблемы оценки антропогенных рисков восточной Сибири // Труды III Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть механических систем», 21-25 сентября 2009 г., Красноярск, Россия. - Красноярск: изд-во ИВМ СО РАН, 2009. - С.109-112.
УДК 519.71 Гришко А.К.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ И КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
Постоянное совершенствование и усложнение, разработка новых методов работы приводит к возрастающему усложнению требований, предъявляемых к ним. На сегодняшний день остро стоит вопрос о формировании единых требований к сложным техническим системам[1-3].
При формировании требований к сложным техническим системам предлагается использовать анализ результатов их функционирования. Всесторонний учет различных аспектов функционирования систем позволяет получить рациональные параметры и характеристики вновь разрабатываемых сложных технических систем при оценке уровня качества, что приводит к многокритериальной задаче оптимизации[1,4-7]. Многокритериальную задачу, как правило сводят к однокритериальной, формируя критерий качества. Такой критерий может определяться с использованием экспертных оценок существующих и гипотетических вариантов сложных технических систем, а также с учетом результатов имитационного моделирования.
Для сложных технических систем формирование критерия качества классическими методами не в полной мере адекватно особенностям решаемых в настоящее время задач формирования требований к ним. Анализ классических методов позволяет с большой долей уверенности говорить о том, что без постоянного участия специалистов-экспертов формирование единого критерия качества функционирования системы классическими методами не обеспечивает необходимого уровня достоверности оценок[8,9]. При наличии ограничений первого и второго рода и неодносвязности области определения поверхности отклика необходимо участие экспертов практически на каждом шаге оптимизации, что, очевидно, не представляется возможным.
Для оценки качества функционирования сложной технической системы в процессе поисковых процедур без участия экспертов целесообразно формализовать систему предпочтений экспертов для использования их мнений на этапе отбора наилучшего варианта из множества альтернативных. Рассматриваемое направление основано на использовании:
- теории нечетких множеств;
- теории экспертных оценок;
- информационно-вероятностном подходе к оценке эффективности принимаемых решений.
По мнению ряда специалистов, использование информационно-вероятностного подхода к оценке эффективности принимаемых решений является одним из наиболее перспективных направлений при подготовке данных для окончательного принятия решений и оценки качества перспективных сложных технических систем в процессе формирования технического задания на проектируемую систе-му[5,8].
Задача принятия решений формируется в информационно-вероятностной модели на основе концепции методов комитетов и рассматривается с позиций правомерного существования схемы нахождения сложного предпочтения на множестве альтернатив. С целью нахождения данного предпочтения выдвигалась простая нулевая гипотеза: техническое решение принимается. Для решения задачи формализованной на основе методов комитетов, с успехом применим подход, основанный на составлении таблиц. Пространство оценок и критериев качества возможно сформировать базисными осями, в качестве которых можно выбрать показатели технической, научно-теоретической и практической ценностей альтернативных вариантов[5,7]. Для оценки альтернативных вариантов предложен следующий комплекс походов и процедур:
Формирование группы экспертов;
Оценка компетентности экспертов;
- построение пространства оценок показателей
- построение функций принадлежности пространства оценок показателей;
- проведение экспертного опроса;
- проведение расчетов с использованием информационно-вероятностной модели оценки эффективности принимаемых решений;
- принятие решений по результатам расчета.
Сравнительный анализ существующих сложных
технических систем и перспективных с использованием прилагаемого подхода подтвердил его работоспособность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. Методология управления качеством сложных систем / Труды Международного симпозиума Надежность и качество. — Пенза:, ИИЦ ПензГУ, 2014. - Т. 2. - С. 377-379
