Preview

Надежность

Расширенный поиск
Научно-практический рецензируемый журнал

Журнал «Надежность» издается ежеквартально с 2001 года. Журнал включен в перечень ведущих журналов и изданий высшей аттестационной комиссии (ВАК). С 2010 года журнал выпускается при поддержке ОАО «РЖД». С 2012 года издается на двух языках: русском и английском. Журнал разносторонне освещает проблемы управления структурной надежностью, функциональной надежностью, функциональной безопасностью систем, отказоустойчивостью систем, проблемы сертификации, стандартизации в области надежности, функциональной и информационной безопасности систем. Одной из часто освещаемых тем на страницах журнала являются результаты внедрения комплексной технологии управления ресурсами, рисками и надёжностью на этапах жизненного цикла (УРРАН) объектов железнодорожного транспорта

 

Текущий выпуск

Том 21, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ В ЗАДАЧАХ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ 

3-8 63
Аннотация

Цель. Способствовать лучшему понимаю, более широкому и правильному применению коэффициента сохранения эффективности. Он является наиболее подходящим 
показателем для оценки надежности сложных технических систем, в которых возможны частичные отказы, переводящие систему в состояния, промежуточные между полной работоспособностью и полной не работоспособностью.

Методы. В статье применяются методы теории вероятностей и сравнительный анализ текстов межгосударственных, российских и международных стандартов по надежности.

Результаты. Указан определяющий вклад российских исследователей в создание и развитие методов применения показателей эффективности для оценки надежности сложных систем. Выявлены недостатки в базовых стандартах по надежности, касающиеся коэффициента сохранения эффективности и смежных понятий. Именно, в терминологическом ГОСТ 27.002–2015 указаны формулировки, требующие уточнения. Они касаются понятий частичный отказ, частично работоспособное состояние и частично неработоспособное состояние. Предложено более широкое и точное определение частичного отказа. Отмечена необходимость обсуждения и уточнения соотношения между частично работоспособным и частично неработоспособным состояниями. В ГОСТ 27.003–2016, устанавливающем состав и общие правила задания требований по надежности, указаны ошибки в формулировках при классификации объектов по числу возможных (учитываемых) состояний и в примерах возможных модификаций коэффициента сохранения эффективности в различных отраслях техники, являющихся вероятностями выполнения задачи, задания и т.п. В статье предложены исправления в соответствующие формулировки. Установлено, что хотя коэффициент сохранения эффективности и отсутствует в международном терминологическом стандарте по надежности (IEC 60050-192:2015), фактически он неявно возникает в двух стандартах 
МЭК (IEC 61703:2016 и IEC 62673:2013), в которых отнесен к показателям готовности. 
Заключение. Результаты статьи будут полезны специалистам, занимающимся оценкой надежности сложных технических систем и стандартизацией в области надежности. 
Их реализация позволит улучшить межгосударственные, российские и международные стандарты по надежности.

9-16 49
Аннотация

Введение. Системы промышленного трубопроводного транспорта представляют собой сложные потенциально опасные инженерные объекты, обеспечивающие доставку потребителям заданных объемов целевого продукта. Развитие нештатных ситуаций, связанных с переходом в состояние неработоспособности некоторого количества трубопроводов, может привести к отключению от источника части или всех потребителей продукта. Если переход в состояние неработоспособности линейных элементов системы происходит в случайном порядке, то такой процесс изменения структуры сети называется прогрессирующим повреждением. Особую опасность прогрессирующее повреждение представляет в том случае, если при выполнении ремонтных работ отключается фрагмент системы или некоторая совокупность технологических трубопроводов.

Целью работы является выявление закономерностей изменения стойкости трубопроводных систем при развитии процесса прогрессирующего повреждения и разработка практических рекомендаций по обеспечению стойкости таких систем в условиях эксплуатации и выполнения ремонтных операций.

Методы исследования. Стойкость систем как способность противостоять развитию процесса прогрессирующего повреждения оценивалась при помощи показателя, представляющего собой среднюю долю трубопроводов, случайный переход которых в состояние неработоспособности приводит к отключению от источника всех потребителей продукта. Значения показателя стойкости устанавливались с использованием метода имитационного компьютерного моделирования. Структура сети и характер действующих внутрисистемных связей задавались при помощи матрицы смежности.

Результаты. Повреждение структуры транспортной сети рассматривается как результат развития двухэтапного процесса. На этапе целевой трансформации из состава структуры, построенной на основе полного графа, целенаправленно исключаются линейные элементы с приведением сети к некоторому исходному состоянию. На втором этапе происходит трансформация исходной структуры в соответствии с механизмом прогрессирующего повреждения. Такой подход позволяет корректно оценивать изменение стойкости сложных сетевых структур и их способность противостоять развитию деструктивных процессов повреждения. Предложены расчетные характеристики, позволяющие прогнозировать поведение трубопроводных сетей в условиях возможного развития не[1]штатных ситуаций. Показано существование предельных сетевых структур, которые оказываются весьма уязвимыми к возможному развитию прогрессирующего повреждения.

Выводы. По мере развития процесса целевой трансформации способность вновь образованных сетевых структур противостоять развитию процесса прогрессирующего повреждения непрерывно снижается. Минимальный уровень стойкости трубопроводной системы к развитию процесса прогрессирующего повреждения наблюдается в случае приближения структуры сети к предельному состоянию. При подготовке ремонтных работ и плановом исключении из состава действующей трубопроводной системы некоторого количества линейных элементов следует оценивать близость структуры вновь образованного сетевого объекта к предельному состоянию, а также стойкость восстанавливаемой системы к возможному развитию процесса прогрессирующего повреждения.

17-23 70
Аннотация

Цель. В условиях современных мегаполисов обеспечение повышения использования пропускной способности, увеличение провозной способности линий внеуличного транспорта (метрополитен, скоростной трамвай, пригородные электропоезда, имеющие остановки внутри мегаполиса) при безусловном обеспечении безопасности движения реализуются интеллектуальными системами автоматического управления движением поездов. Целью данной статьи является выбор и обоснование принципов построения и структуры такой системы.

Методы. Используя методы системного анализа, обоснованы принципы построения и структура системы. Применение генетических алгоритмов позволяет решать задачи автоматизации планирования движения поездов. Методы теории оптимального управления дают возможность выбирать энергоэффективные режимы управления движением поезда по перегону, распределять время хода по линии на времена хода по перегонам по критерию минимума энергозатрат, разрабатывать энергоэффективные плановые графики движения. Методы теории автоматического управления используются при выборе и обосновании алгоритмов управления движением поездов на различных функциональных уровнях, при построении экстраполяторов случайных возмущений, обеспечивающих минимизацию числа остановок поездов на перегонах.

Результаты. Разработаны и обоснованы принципы построения и структура централизованной интеллектуальной иерархической системы автоматического управления движением поездов внеуличного городского транспорта. Описано распределение функции между уровнями иерархии, приведена совокупность подсистем, реализующих цель управления – обеспечение безопасности движения и комфорта пассажиров. Сформулированы и обоснованы критерии качества управления при компенсируемых и некомпенсируемых возмущениях. Рассмотрены алгоритмы управления движением и автоматизация построения планового графика движения. Показано место алгоритмов принятия решений в условиях неопределенности при использовании прогноза возмущений, генетических алгоритмов при автоматизации планирования движением поездов. Приведено описание принципов построения алгоритмов управления и планирования движения транспортных средств, обеспечивающих уменьшение расхода энергии на тягу поездов. Показана эффективность реализации централизованной интеллектуальной системы управления движением городского внеуличного транспорта, отмечена фундаментальная роль системы для цифровизации транспортного комплекса.

Заключение. Рассмотренные принципы построения и алгоритмы функционирования системы интеллектуального централизованного управления движением внеуличного городского транспорта показали эффективность этих систем, определяемую следующим: повышение использования пропускной и увеличения провозной способности внеуличного городского транспорта; повышение энергоэффективности планирования и управления движением поездов; повышение безопасности движения; обеспечение оперативного управление движением во время чрезвычайных ситуаций и больших сбоев движения; повышение комфорта пассажиров.

ДИСКУССИЯ ПО ТЕРМИНОЛОГИИ НАДЕЖНОСТИ 

24-27 64
Аннотация

Цель. Гармонизация русскоязычных и англоязычных определений ошибок, неисправностей, отказов. Объект статьи – одни из наиболее важных предметов изучения теории надежности и функциональной безопасности. Предмет статьи – понятия и определения отказов, ошибок, неисправностей.

Результаты исследования. Проанализированы определения понятий, описывающих нарушения надежности и функциональной безопасности объектов в русскоязычных и международных стандартах, таких как ГОСТ 27.002-2015, ГОСТ Р/МЭК 61508-2012, IEC 60050, DIN 40041, а также в публикациях ряда авторов. Анализ показывает, что отказ всегда связан с потерей функции, то есть с возможностью выполнять работу так, как требуется по всем стандартам. Нужно отметить, что здесь неверное ожидание пользователя не подпадает под определение отказа. Отказ следует отличать от вводимых непреднамеренно функций. Неисправность определяется как неспособность системы в полной мере выполнять требуемую работу, которая может при определенных условиях перерасти в отказ. Ошибка – как несоответствие между вы[1]численным, наблюдаемым или измеренным значением или условием и истинным, заданным или теоретически правильным значением или условием – это отклонение, которое присутствует, но превратится, возможно, при определенных условиях в отказ. Типичный пример – некритичные ошибки программного обеспечения. Так называемые систематические отказы на самом деле являются ошибками, которые могут превратиться в критичные ошибки (отказы). Отметим, что определения в международном электротехническом словаре IEC 60050 могут быть использованы как демонстрирующие общее согласие, что не удивительно для международного стандарта.

28-30 54
Аннотация

Цель. Статья направлена на устранение недостатков, связанных с использованием привычных, но недостаточно обоснованных терминов в межгосударственном стандарте ГОСТ 27.002-2015. Правильное понимание и использование терминов имеет большое значение в деятельности специалистов в области надежности.

Методы. Недостатки терминологии устраняются путем уточнения определений используемых терминов. Несколько терминов, использованных в этом стандарте, подвергнуты логическому и терминологиескому анализу, который основан на требованиях, изложенных в нормативных документах и на смысловом значении этих терминов. Предпосылки для этого были опубликованы в [8]

Результаты и выводы. Предложены определения нескольких новых терминов и терминов, которые не удовлетворяют сформулированным требованиям: «теория надежности», «оценка надежности», «расчет надежности» и др. Приведенные соображения могут послужить основой для обсуждения и принятия согласованных (компромиссных) вариантов.

БЕЗОПАСНОСТЬ. УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 

31-37 64
Аннотация

Цель статьи – рассмотреть подходы к анализу модели безопасности сложных многоконтурных систем транспортного обслуживания, состоящих из не полностью контролируемых подсистем.

Методы. Для описания модели безопасности используются методы системно-теоретического анализа процессов STPA и принципы, изложенные в стандарте ISO/PAS 21448:2019 (SOTIF).

Результаты. В статье показаны недостатки методик локального анализа рисков FTA и FMEA и продемонстрирована необходимость более универсального подхода на основе сочетания методологии системного анализа и теории управления. Проиллюстрированы основные этапы такого анализа модели безопасности сложных систем транспортного обслуживания на примере Московского центрального кольца, обеспечивающие обратную связь для оценки безопасности планируемой структуры системы управления. Рассмотрен вариант схемы управления с виртуальной моделью в виде так называемой «контролируемой искусственной нейронной сети».

Выводы. В настоящее время активно тестируются системы беспилотного управления (без машиниста) на железнодорожном транспорте, которые имеют в своем составе модули автоматического обнаружения препятствий, использующие методы машинного обучения. Введение последних в контур управления крайне усложняет задачу анализа рисков и угроз и оценку безопасности таких систем с помощью традиционных методов построения деревьев ошибок и анализа отказов и их последствий FTA и FMEA. При построении модели безопасности столь сложных многоконтурных систем транспортного обслуживания, состоящих из не полностью контролируемых подсистем, в которых используются методы машинного обучения с не до конца предсказуемым поведением, требуется применение системного подхода для анализа небезопасных сценариев с формированием библиотеки сценариев и формализацией описания модели угроз, в том числе на границах различных контуров управления, в целях сокращения области неизвестных небезопасных сценариев для проектируемых систем беспилотного транспортного обслуживания.

38-45 46
Аннотация

Цель. Предложить подход к определению закономерностей статистических рядов, содержащих информацию о времени, месте и внешних условиях возникновения и распространения чрезвычайных ситуаций с возгораниями и взрывами боеприпасов на стационарных объектах хранения, синтезировать функцию частного показателя риска проявления этих ситуаций – энергетической восприимчивости системы хранения запасов боеприпасов к внешним воздействиям.

Методы. В статье применяются методы математического анализа статистических рядов и теории вероятностей. Отдельные внешние условия чрезвычайных ситуаций с боеприпасами в статистических рядах анализируются впервые (интенсивность инсоляции солнечного излучения).

Результаты. Собраны и систематизированы статистические данные о чрезвычайных ситуациях с возгораниями и взрывами, произошедших в текущем веке на объектах хранения боеприпасов различных стран мира, чрезвычайность которых подтверждена общественным резонансом в средствах массовой информации. С помощью используемых методов анализа статистических рядов установлена степенная зависимость интенсивности возгораний и взрывов от общего энергонасыщения системы хранения запасов боеприпасов.

Выводы. Частота чрезвычайных ситуаций с возгораниями и взрывами боеприпасов зависит от общего уровня энергонасыщения системы хранения, который определяется интенсивностью солнечной радиации в районе расположения объекта хранения боеприпасов, зависящей от его географической широты и времени года. Предложенный подход позволяет на основании анализа эмпирических данных о времени и месте чрезвычайного происшествия определить значения частного показателя живучести системы хранения потенциально-опасных объектов, характеризующего энергетическую восприимчивость системы к воздействиям, инициирующим взрывы и пожары.

46-52 63
Аннотация

Цель. Современные условия создания и эксплуатации вооружения и военной техники характеризуются резким возрастанием требований заказчика, что в свою очередь влечет увеличение его технической сложности и стоимости. Совершенно очевидно, что поддержание требуемых значений эксплуатационно-технических характеристик наукоемких образцов вооружения и военной техники силами эксплуатирующих структур не всегда удается, по различным причинам, в том числе ввиду низких возможностей обслуживающих подразделений, не имеющих необходимых сил, средств и компетенций у обслуживающего персонала. В свою очередь, предприятия промышленности, задействованные в выполнении Государственного оборонного заказа, также заинтересованы в формировании долгосрочных отношений с заказчиком, позволяющих выстраивать платформу для устойчивого развития. Одним из возможных вариантов подобного взаимодействия заказчика и исполнителя в мировой и отечественной практике считается государственночастное партнерство, реализуемое в форме контрактов жизненного цикла. Несмотря на явные преимущества, его внедрение в практику жизненного цикла вооружений и военной техники сдерживается рядом негативных факторов (несовершенство нормативно-правовой и нормативно-технической базы, низкий уровень внедрения информационных технологий в практику жизненного цикла), преодоление которых является важной задачей как с научной, так и с практической точки зрения. Совершенно очевидно, что разработка инструмента, позволяющего парировать весь спектр проблемных вопросов, в рамках настоящего исследования является чрезвычайно сложной задачей. Исходя из указанных обстоятельств, целью статьи является исследование рисков, как одного из аспектов этой сложной проблемы, подразумевающего выработку нового подхода к взаимодействию сторон, вовлеченных в реализацию контракта жизненного цикла образцов вооружений и военной техники, с учетом современных условий, интересов, целей и задач. Его особенностью является комплексный анализ неопределенности и всего спектра возможных рисков, сопровождающих реализацию процессов жизненного цикла вооружений и военной техники.

Методы. В основу обоснования управленческих решений положен метод дерева решений, позволяющий структурировать сложную проблему принятия решения на составляющие и получить количественные оценки риска и, таким образом, вырабатывать адекватную систему мер по предупреждению возникновения рисков событий и снижению негативных последствий их проявления.

Результаты. С использованием предложенного научно-методического обеспечения разработан алгоритм управления рисками, сформирована матрица оценок риска и оценки их влияния, определены временные, технические характеристики и финансовые затраты проекта.

Заключение. Предлагаемый в статье подход является универсальным и может быть использован как должностными лица органов военного управления при военно-научном сопровождении функционирования КЖЦ, так и менеджментом предприятий Оборонно-промышленного комплекса (ОПК) в ходе выстраивания механизмов взаимодействия с органами военного управления, курирующих вопросы создания и эксплуатации вооружений и военной техники.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.