CC BY
2
УДК 62-049.5(043,2) https://doi.Org/10.35546/kntu2078-4481.2023.1.17
М. В. ДОНЧЕНКО
кандидат техшчних наук, доцент, доцент кафедри штелектуальних шформацшних систем Чорноморський нацюнальний ушверситет iменi Петра Могили
ORCID: 0000-0002-4084-3112
ВРАХУВАННЯ НАД1ЙНОСТ1 ПРИ ОЦ1НЦ1 БЕЗПЕКИ СИСТЕМ
В цт po6omi розглядаеться можливкть оцiнки безпеки складних mexHi4Hux систем за параметрами i'x HadiuHocmi. Надiйнiсть i безпека системи е dei визначальних оцтки якостi системи, але характеризують ii по-ргзному. Надттсть характеризуе ii з точки зору мoжливocmi виконання нею cвoiх функцт в заданих умовах. В той же час безпека - мoжливicmь icнувaння а6о цiлicнocmi i системи, i людей, i довтлля навколо ней При цьому вони лoгiчнo пов'язаш - фактори, ят приводять до ненaдiйнocmi, можуть бути причиною до появи небезпечних ситуацт. Враховуючи те, що питання оцтки нaдiйнocmi достатньо детально розроблене i широко використо-вуеться, в той час, як oцiнкa безпеки, в силу cклaднocmi i прo6лемнocmi недостатньо розроблена, використання дoдamкoвoi тформацп дозволило б, в яюсь мiрi,чacmкoвo розкрити цю проблему. Враховуючи те, що питання оцтки нaдiйнocmi виконуеться при проектуванш або при експлуатаци систем, а oцiнкa тших пaрaмеmрiв не складе надто великих cклaднoщiв, таку оцтку безпеки можна вважати, в певнт мiрi, реальною.
Крiм того, авартна cиmуaцiя може виникати при cукупнocmi певних несприятливих умов, в яких вiдмoвa системи може послабити ii або спровокувати певш деструктивш процеси, яю можуть привести до aвaрiйнoi ситуацп. Наприклад, втрата ходу судна чи вiдмoвa гальм автомобшя. Тому запропонована оцтка безпеки може бути використана для систем, для яких вiдмoвa може привести до криmичнoi ситуацп в певних умовах. В таких випадках, ще на стади проектування намагаються пiдвищиmи надтнкть системи або ii сттюсть у несприятливих умовах чи конструктивно формують захист системи вiд можливих деструктивних змт. Введення систем захисту системи вiд деструктивних змт надае мoжливicmь iх зменшити або нaвimь не допущення таких змт, захистити людей i довюлля вiд негативного впливу аварт.
Запропонований метод може бути використаний для оцтки безпеки i розробки зaхoдiв для ii тдвищення, а також для створення систем захисту caмoi системи, людей i довтлля.
Ключовi слова: нaдiйнicmь, безпека, вiдмoвa, загроза, авартна cиmуaцiя, oцiнкa безпеки.
M. V. DONCHENKO
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor at the Department of Intelligent Information Systems Petro Mohyla Black Sea National University ORCID: 0000-0002-4084-3112
RELIABILITY ACCOUNTING IN SYSTEM SAFETY ASSESSMENT
The work considers possibility of assessing the complex technical systems safety according to their reliability characteristics. Reliability and the system security are two defining assessments of the system quality, but they characterize it in different ways. Reliability characterizes it in terms of its ability to perform its functions under given conditions. At the same time, security is the possibility of existence or integrity of both the system, and the people, and the environment around it. However, they are logically connected - factors that lead to unreliability can be the cause of dangerous situations. Considering that the issue of assessment reliability has been developed in sufficient detail and is widely used, while safety assessment has not been sufficiently developed due to its complexity and problematic nature, the use of additional information would allow to some extent reveal partially this problem. Taking into account the fact that the issue of reliability assessment is carried out during the design or operation of systems, and the assessment of other parameters will not be too difficult, such an assessment of safety can be considered, to a certain extent, real.
In addition, an emergency situation can occur with a combination of certain unfavorable conditions, in which the failure of the system can weaken it or provoke certain destructive processes that can lead to an emergency situation. For example, the loss of the ship's speed or the failure of the car's brakes. Therefore, the proposed security assessment can be used for systems for which a failure may lead to a critical situation under certain conditions.
In such cases, even at the design stage, they try to increase the reliability of the system or its stability in adverse conditions or constructively form the protection of the system against possible destructive changes. The introduction of system protection systems against destructive changes provides an opportunity to reduce them or even prevent such changes, protect people and the environment from the negative impact of accidents.
The proposed method can be used to assess safety and develop measures to increase it, as well as to create systems to protect the system itself, people and the environment.
Key words: reliability, safety, failure, threat, emergency situation, safety assessment.
Вступ
Серед багатьох оцшок якосп систем е двi базовi - надiйнiсть i безпека. Цi двi оцiнки мають багато спшьного i, при цьому, можуть суттево вiдрiзнятися. В обох напрямках проведено багато дослiджень. Наведемо !хш визна-чення. «Надштсть системи - це 11 здатнiсть до безвщмовно! роботи протягом заданого промiжку часу у визна-чених умовах» [5]. «Безпека - це таш умови, в яких перебувае складна система, коли дiя зовнiшнiх факторiв i внутрiшнiх чинник1в не призводить до процеав, що вважаються негативними по вщношенню до дано! складно! системи у вщповвдносп до наявних, на даному етапi, потреб, знань та уявлень» (Вiкiпедiя). При всьому тому, що безпещ присвячено дуже багато розробок, питання оцiнки безпеки ще до к1нця не вирiшене i це не тому, що воно не важливе. Скорiше, навпаки, але тут слщ визнати специфiку i складнiсть отримання тако! оцiнки в силу багато-факторностi впливiв, яш приводять до негативних ситуацiй (!х частiше називають: аварiйними ситуацiями (АС)) [4]. Якщо методи оцiнки надшносп детально розробленi i вже багато рошв використовуються [5], то ввдносно безпеки таких глибоких напрацювань, на жаль, не знайдено.
Постановка проблеми i формулювання мети
Дане дослщження мае на меп поеднати цi двi важливi категори якостi, визначити !х взаемний «вплив» i отри-мати можливiсть, в яшсь мiрi, оцiнки безпеки через надшнють.
Викладення основного матерiалу дослвдження
Як уже було вiдмiчене вище, щ характеристики оцiнюють властивостi системи, як би в одному напрямку, але з рiзних точок зору. Обидвi характеризують функцiонування системи i його припинення, але там де появляеться ввдмова - надiйнiсть припиняеться, а небезпека тiльки розвиваеться. Надшнють характеризуеться «появами ввд-мов», точшше !х «не появою». Ввдмова - це неможливють нормального функцiонування в заданих умовах. А безпека - це ввдсутнють АС в реальних умовах. Точнiше - це ввдсутнють негативного впливу на життя i здоров'я людей, деструктивного впливу на саму систему i на довкшля. Розглянемо цi характеристики детальшше.
Фактично, вщмова - це ситуац1я, в як1й система не може нормально функцюнувати в заданих умовах. Ця подiя може виникнути в результат накопичення негативних змiн в самш системi (старiння, знос i т.п.). Цей про-цес базуеться на фiзичних процесах змiн в матерiалах деталей системи (старiння) чи змш геометрi! мехашч-них з'еднань м1ж елементами системи (знос). Ц процеси досить складнi, але юнуе достатньо великий об'ем дослвджень у цьому напрямку, що надае можливють прогнозувати, з певною ймовiрнiстю, появу критичних змiн, якi можуть привести до вщмови. Вiдмови, як1 появляються в результатi таких змiн називають поступовими [5]. 1нший вид ввдмов - це вщмови, як1 виникають в результатi випадково! появи зовшшшх екстремальних впливiв на систему, що, в результат^ може привести до деструктивних змш в конструкци системи i неможливостi нормального функцюнування i, навiть, до АС. Появу таких впливiв досить складно спрогнозувати, тому ймовiрнiсть !х появи визначають на основi статистичних даних експлуатаци системи чи спецiальних випробувань.
Що стосуеться безпеки, то тут все набагато складшше. В нашому дослвдженш ми будемо розглядати тiльки п системи, для яких характерна можливють появи АС тсля вiдмови системи. Безпека забезпечуеться вiдсутнiстю загроз для людей, само! системи i довкшля. В залежностi вiд призначення системи, и конструктивних особливос-тей i умов використання можна видiлити загрози i напрямки !х можливого впливу та рiвня негативних змiн при появi вiдмови, яка:
• може привести до деструктивних змш в самш систему
• провокуе до негативних змш оточуючих систем;
• може бути небезпечна для операторiв i людей навколо;
• може привести до катастрофiчних змiн в системi i довкiллi.
Звичайно, така градац1я достатньо умовна, але визначення негативних впливiв ставить вимоги як до проекту-вання системи, та i до оцiнки !! безпеки.
За аналопею з надiйнiстю оцшку безпеки зручнiше виконувати за явною появою небезпечних подш (або АС). Властивють же надiйностi системи втрачаеться при появi тако! в1дмови. Поява вщмови може бути причиною появи негативних впливiв на людей, довкшля i на саму систему. Наприклад, втрата ходу судна чи ввдмова гальм у автомобiля. В нашому випадку, вiдмова стае очевидною загрозою як цiлiсностi системи, так i для здоров'я i життя людей та негативних змш довкшля. Тому, маючи параметри надшносп (ймовiрнiсть вщмови), можна говорити, що е передумови появи АС.
Розглянемо подi!:
А - ввдмова не настала;
Б - поява вщмови;
В - настала АС;
С - АС не настала.
Для нашого випадку, поди А i С не розглядаються, осшльки на безпеку не впливають. Подiя Б розгляда-еться при умов^ що вона передуе подi! В. Тодi, подi! Б i В несумiснi тому, що спочатку появляеться под1я Б,
а попм В. Б1льше того, под1я В залежна в!д того, чи появилася подгя Б. Под1я Б не залежить в!д поди В тому, що при появ1 поди В розгляд появи поди Б вграчае смисл.
Тод1 под1я появи АС може настати у випадку в!дмови i настання аваршно! ситуацп в результат! !! появи. Оск1льки щ поди взаемопов'язаш i часовий пром!жок м!ж ними практично нульовий, то можна говорити про сшльну появу обох подш.
N=БВ,
Якщо перейти до ймов!рностей появи подш, то ми отримаемо:
Р(М)=Р(Б)*Р(В/Б),
де Р(Б) = Q(t) - ймов!ршсть появи в!дмови системи, яка може привести до АС;
Р(В/Б) - ймов!ршсть настання аваршно! ситуаци в результат! вщмови системи.
Настання АС край небажана под!я i, як правило, вона фжсуеться. За статистикою АС маемо можливють отри-мати розподшення щшьносп ймов!рносп i ймов!рносп настання АС. Маючи розподш ймов!рносп ввдмови системи нескладно отримати ймов!ршсть появи АС.
N(t)=Q(t)*PAc(t).
Вщповщно, для оцшки безпеки зручнiше мати ймов!ршсть протилежно! под!! - ймов!ршсть не настання АС S(t):
S(t)=1-N(t)=1-[Q(t)*PAc(t)].
Оск1льки настання АС пов'язано в великими втратами в, тому числ!, i серед людей, ведуться серйознi досль дження в напрямку зменшення чи обмеження ризику появи АС. Це - цшеспрямоване проектування, оргашзащя експлуатаци, врахування «людського фактору», удосконалення систем захисту.
Сучасш САПР дозволяють значно тдвищити ефектившсть проектування з метою покращення показнишв надшносп, зменшення можливосп появи загроз АС, введення конструктивного, експлуатацшних i оргашзацш-них систем захисту вщ можливих загроз та врахування «людського фактору».
Кр!м цього, юнують умови, як1 сприяють чи провокують появу АС. Вони можуть бути як зовтшт, так i вну-тршш. Врахування таких умов дозволить точшше ощнювати р!вень безпеки i направляти дослщження та проектування на зменшення р!вня !х впливу. Очевидно, щоб настала АС необхвдно стльне настання ввдмови, можливосп настання АС i умов для и появи.
S(t)=1-N(t)=1-[Q(t)*PAc(t)*U(t)],
де U(t) - ймов!ршсть появи сприятливих умов для настання АС.
Лопчно було б врахувати i ефектившсть систем захисту, якщо вони е. В цьому випадку нас щкавить ймов!р-шсть зниження можливосп настання АС системами захисту { Z(t)=0} - захисту немае чи не спрацьовуе; {Z(t)=1} -повний захист. Тод! для спшьного настання перерахованих подш формула прийме вигляд:
1-N(t)=1-{Q(t)*PAc(t)*U(t)*[1-Z(t)]},
де 1- Z(t) - ймов!ршсть зниження загрози АС при наявност! систем захисту.
Функцш розпод!лу ймов!рност! не спрацювання систем захисту можна отримати за експериментальними дослвдженнями або шляхом !м!тацшного моделювання. Розподш отримати буде достатньо складно i дорого, а кое-фщент врахування систем захисту отримати реально.
Висновки
Запропонована можливють оцшки безпеки систем за показниками !! надшносп, умов експлуатаци i наявносл систем захисту. Метод може бути корисним при проектуванш i анал!з! безпеки складних систем.
Список використаноТ лiтератури
1. Донченко М. В., Казарезов А. Я. Шдвищення безпеки суден на баз! геошформацшних систем. Науков! пращ : наук. журн. Вип. 295. Т. 307. Комп'ютерш технолог!!. Микола!в : Вид-во ЧНУ !м. П. Могили, 2017. С. 36-41.
2. Донченко М. В., Казарезов А. Я. Використання геошформацшних систем для раннього виявлення надзви-чайних ситуацш. Науков! пращ : наук. журн. Вип. 308. Т. 320. Комп'ютерш технолог!!. Микола!в : Вид-во ЧНУ !м. П. Могили, 2018. С. 31-37.
3. Mykhailo Donchenko SAFETY ASSESSMENT OF EMERGENCY SYSTEMS: SCIENTIFIC JOURNAL OF POLONIA UNIVERSITY, #53, 2022. С. 225-230.
4. ДСТУ 2860-94 Надшшсть техшки. Термши та визначення
5. CyxeHKO ro.E, .HHTBHHeHKO O.A., CyxeHKO B.M. HaginmcTb i goBroBiHHicTb ycTaTKyBaHHH xapnoBnx i nepe-poÖHHx внpо6ннцтв: nigpyHHHK. K.: HyXT, 2010. C. 424.
References
1. Donchenko M. V., Kazariezov A. Ya (2017) Pidvyshchennia bezpeky suden na bazi heoinformatsiinykh system [Ships safety improving based on the geographic information systems]. Naukovi pratsi [Scientific studies] (scientific journal), vol. 295, no. 307, pp. 36-41. Mykolaiv: BNU named after Petro Mohyla publication.
2. Donchenko M. V., Kazariezov A. Ya. (2018) Vykorystannia heoinformatsiinykh system dlia rannoho vyiavlennia nadzvychainykh sytuatsii [Use of geographic information systems for early detection of emergencies]. Naukovi pratsi [Scientific studies] (scientific journal), vol. 308, no. 320 Kompiuterni tekhnolohii, pp. 31-37. Mykolaiv: BNU named after Petro Mohyla publication.
3. Donchenko, M. (2022). Safety assessment of emergency systems. Scientific Journal of Polonia University, no. 53, pp. 225-230.
4. DSTU 2860-94 (1994). Nadiinist tekhniki. Terminy ta vyznachennia [Reliability of equipment. Terms and definitions]
5. Sukhenko, Yu. H., Lytvynenko, O. A., &Sukhenko, V Yu. (2010). Nadiinist i dovhovichnist ustatkuvannia kharchovykh i pererobnykh vyrobnytstv: Pidruchnyk [Reliability and durability of equipment for food and processing industries: Textbook]. K: NUHT, p. 424.
