sustainНадежностьDependability1729-26462500-3909RAMS Journal Limited liability company10.21683/1729-2646-2018-18-3-3-9sustain-259Research ArticleСТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКАSTRUCTURAL RELIABILITY. THE THEORY AND PRACTICEАнализ дерева отказов в среде программирования R. Учет отказов по общей причинеFault tree analysis in the R programming environment. Treatmentof common cause failuresАнтоновА. В.AntonovA. V.

Александр В. Антонов – доктор технических наук, профессор, главный эксперт отдела расчетных обоснований проектных решений АО РАСУ

Москва.

Alexander V. Antonov, Doctor of Engineering, Professor, Chief Expert, Division for Justifying Calculations of Design Solutions, JSC RZSU.

Moscow.

AlVlaAntonov@rasu.ruГаливецЕ. Ю.GalivetsE. Yu.

Евгений Ю. Галивец – заместитель директора департамента – руководитель управления проектирования АО РАСУ.

Москва.

Evgeny Yu. Galivets, Deputy Director of Department, Head of Design Division, JSC RASU.

Moscow.

EYGalivets@rasu.ruЧепуркоВ. А.ChepurkoV. A.

Валерий А. Чепурко – кандидат физико-математических наук, доцент, главный специалист отдела расчетных обоснований проектных решений АО РАСУ.

Москва.

Valery A. Chepurko, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Chief Specialist, Division for Justifying Calculations of Design Solutions. 

Moscow.

v.a.chepurko@mail.ruЧерняевА. Н.CherniaevA. N.

Алексей Н. Черняев – кандидат технических наук, заместитель технического директора – директор департамента проектирования АО РАСУ.

Москва.

Alexey N. Cherniaev, Candidate of Engineering, Deputy Technical Director, Director of Design Department.

Moscow.

AlNChernyaev@rasu.ruАО РАСУРоссияJSC RASURussian FederationАО РАСУРоссияJSC RZSURussian Federation20182409201818339Copyright © Антонов А.В., Галивец Е.Ю., Чепурко В.А., Черняев А.Н., 20182018Антонов А.В., Галивец Е.Ю., Чепурко В.А., Черняев А.Н.Antonov A.V., Galivets E.Y., Chepurko V.A., Cherniaev A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.dependability.ru/jour/article/view/259Цель

Цель. Данная статья является продолжением работы [1], в которой для анализа дерева отказов (АДО) предлагается к применению язык программирования R. В [1] рассмотрены три примера: расчет дерева отказов (ДО) по известным вероятностям, расчет динамического ДО по известным распределениям наработок на отказ составляющих систему элементов. В последнем примере выполняется АДО для систем с элементами, которые описываются различными моделями функционирования и обслуживания. АДО – это один из основных методов анализа надежности сложных технических систем. Для его проведения часто применяются коммерческие программные средства, такие как Saphire, Risk Spectrum, PTC Windchill Quality, Арбитр и т.д. Практически каждое программное средство позволяет производить расчет надежности сложных систем с учетом возможного возникновения отказов по общей причине (ООП). ООП представляют собой зависимые отказы группы из нескольких элементов, происходящие одновременно или в течение короткого промежутка времени (т.е. почти одновременно), вследствие действия одной общей причины (например, резкое изменение климатических условий эксплуатации, затопление помещения эксплуатации и пр.). Зависимый отказ – это множественный отказ нескольких элементов системы, вероятность которого не может быть выражена просто как произведение вероятностей безусловных отказов отдельных элементов. Для расчета вероятностей ООП существуют несколько различных общепринятых моделей: модель греческих букв, альфа-, бета-фактора и различные их вариации. Наиболее простой с точки зрения моделирования зависимых отказов и проведения дальнейших расчетов надежности является модель бета-фактора. Остальные модели при моделировании подразумевают комбинаторный перебор зависимых событий в группе из n событий, который при большом числе n становится трудозатратным. Поэтому в указанных выше программных средствах существуют определенные ограничения на n, при выходе за пределы которых вероятность ООП рассчитывается приближенно. В пакете FaultTree языка R обозначенные выше модели ООП в современной версии отсутствуют, поэтому все зависимые отказы приходится моделировать самостоятельно, что несложно при малом числе зависимых событий и полезно для понимания сути различных моделей ООП. В статье для выбранной структуры подробно разобрана процедура моделирования зависимых отказов для модели альфа- и бета-фактора. Цель данной статьи состоит в подробном анализе методик альфа- и бета-фактора для некоторой структуры, в демонстрации процедуры создания ДО с учетом ООП с помощью пакета FaultTree языка программирования R.

Методы

Методы. Для выполнения расчетов и демонстрации возможностей АДО применялись скрипты пакета FaultTree языка программирования R.

Выводы

Выводы. В статье подробно разобраны два примера. В первом примере для выбранной структурной схемы, содержащей две группы элементов, подверженных зависимым отказам, применяется модель альфа-фактора. Во втором примере применяется модель бета-фактора. Указаны недостатки современной версии пакета FaultTree. К основным недостаткам следует отнести отсутствие некоторых основных логических вентилей.

 

 

Aim

Aim. This paper is the continuation of [1] that proposes using the R programming language for fault tree analysis (FTA). In [1], three examples are examined: fault tree (FT) calculation per known probabilities, dynamic FT calculation per known distributions of times to failure for a system’selements. In the latter example, FTA is performed for systems with elements that are described by different functional and service models. Fault tree analysis (FTA) is one of the primary methods of dependability analysis of complex technical systems. This process often utilizes commercial software tools like Saphire, Risk Spectrum, PTC Windchill Quality, Arbitr, etc. Practically each software tool allows calculating the dependability of complex systems subject to possible common cause failures (CCF). CCF are the associated failures of a group of several elements that occur simultaneously or within a short time interval (i.e. almost simultaneously) due to one common cause (e.g. a sudden change in the climatic service conditions, flooding of the premises, etc.). An associated failure is a multiple failure of several system elements, of which the probability cannot be expressed simply as the product of the probabilities of unconditional failures of individual elements. There are several generally accepted models used in CCF probability calculation: the Greek letters model, the alpha, beta factor models, as well as their variations. The beta factor model is the most simple in terms of associated failures simulation and further dependability calculation. The other models involve combinatorial search associated events in a group of n events, that becomes labor-consuming if the number n is large. Therefore, in the above software tools there are some restrictions on the n, beyond which the probability of CCF is calculated approximately. In the current R FaultTree package version there are no above CCF models, therefore all associated failures have to be simulated manually, which is not complicated if the number of associated events is small, as well as useful in terms of understanding the various CCF models. In this paper, for the selected diagram a detailed analysis of the procedure of associated failures simulation is performed for alpha and beta factor models. The Purposeof this paper consists in the detailed analysis of the alpha and beta factor methods for a certain diagram, in the demonstration of fault tree creation procedure taking account of ССF using R’s FaultTree package.

Methods

Methods. R’s FaultTree scripts were used for the calculations and FTA capabilities demonstration.

Conclusions

Conclusions. Two examples are examined in detail. In the first example, for the selected block diagram that contains two groups of elements subject to associated failures, the alpha factor model is applied. In the second example, the beta factor model is applied. The deficiencies of the current version of FaultTree package are identified. Among the main drawbacks we should indicate the absence of some basic logical gates.

дерево отказованализ дерева отказовотказ по общей причинеотказ по всевозможным причинамнезависимые отказызависимые отказынесовместные событияальфа-факторбета-факторfault treefault tree analysisCCFtotal cause failureindependent failuresdependent failuresantithetic eventsalpha factorbeta factorReferencesАнтонов, А.В. Анализ дерева отказов в среде про-1. граммирования R [Текст] / А.В. Антонов, Е.Ю. Галивец, В.А. Чепурко, А.Н. Черняев // Надежность. – 2018. – № 1. – С. 4–13. doi:10.21683/1729-2646-2018-18-1-4-13Antonov AV, Galivets EYu, Chepurko VA, Cherniaev. AN. Fault tree analysis in the R programming environment. Dependability 2018;(1):4-13. DOI: 10.21683/1729-26462018-18-1-4-13Перегуда, А.И. Математическая модель надежности компьютерных сетей [Текст] / А.И. Перегуда, А.А. Перегуда, Д.А. Тимашев // Надежность. – 2013. – № 4. – С. 18– 43. doi:10.21683/1729-2646-2013-0-4-18-43Pereguda AI, Pereguda AA, Timashev D.A. The. mathematical model of computer networks’ reliability. Dependability 2013;(4):31-43. DOI:10.21683/1729-26462013-0-4-18-43Алпеев, А.С. Надежность программного обеспечения управляющих систем и безопасность атомных станций [Текст] / А.С. Алпеев // Надежность. – 2015. – № 4. – С. 75–80. doi:10.21683/1729-2646-2015-0-4-75-80Alpeev AS. Dependability of control systems software and safety of nuclear power plants. Dependability 2015;(4):78-80. DOI:10.21683/1729-2646-20150-4-75-80Острейковский, В.А. Безопасность атомных станций. Вероятностный анализ [Текст] / В.А. Острейковский, Ю.В. Швыряев. – М.: «Физматлит», 2008. – 524 с.Ostreykovsky VA. Shvyriaev YuV. Bezopasnost’ atomnykhstantsiy. Veroyatnostnyyanaliz [Safety of nuclear powerplants. Probabilistic analysis].Moscow: Fizmatlit; 2008 [in Russian].Mosleh, A. Procedures Guidelines in Modeling 5. Common Cause Failures in Probabilistic Risk Assessment [Текст] / A. Mosleh, et. al. – NUREG/CR-5485 (1998).Mosleh A et al. Procedures Guidelines in Modeling Common Cause Failures in Probabilistic Risk Assessment (NUREG/CR-5485); 1998.Программный комплекс автоматизированного 6. структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности АСУТП на стадии проектирования (ПК АСМ СЗМА) [Текст]: Техническая документация. – СПб.: ОАО «СПИК СЗМА», 2003.Programmnyy kompleks avtomatizirovannogo strukturno-logicheskogo modelirovaniya i rascheta nadezhnosti i bezopasnosti ASUTP na stadii proektirovaniya (PK ASM SZMA) [Software system for automated structural and logical modeling and dependability and safety calculation of ACS at the design stage (PK ASM SZMA)]. Technical documentation. Saint-Petersburg: OAO SPIK SZMA; 2003.Smith, C.L. Systems Analysis Programs for Hands-7. on Integrated Reliability Evaluations (SAPHIRE) [Текст] / Version 8-Vol. 2 / C.L. Smith, S.T. Wood, W.J. Galyean, J.A. Schroeder, M.B. Sattison. – NUREG/CR-7039 INL/ EXT-09-17009 (June 2011).Smith CL, Wood ST, Galyean WJ, Schroeder JA, Sattison MB. Systems Analysis Programs for Hands-on Integrated Reliability Evaluations (SAPHIRE). Version 8. Vol. 2, NUREG/CR-7039 INL/EXT-09-17009; June 2011.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.