Описание подхода к оценке живучести сложных структур при многоразовых воздействиях высокой точности (часть 2)

ЦЕЛЬ. Рассматриваются основные понятия и определения, показатели живучести, методы оценки живучести в различных внешних и внутренних условиях применения технических систем. В том числе, обозреваются наработки в области структурной живучести, полученные 30 лет назад, в рамках советской научной школы. Делается попытка преодолеть различное понимание технической живучести, которое к сегодняшнему моменту сложилось по ряду отраслевых направлений - в судостроении, авиации, сетях связи, в системах энергетики, в оборонном ведомстве. Также рассматривается вопрос об установлении отношений преемственности между свойством технической живучести и свойством глобальной системной устойчивости. Техническая живучесть понимается в двух базовых значениях: а) как свойство системы сопротивляться негативным внешним воздействиям; б) как свойство системы восстанавливать свою работоспособность после отказа или аварии, вызванных внешними причинами. В работе рассматривается связь между структурной живучестью, когда логика работоспособности системы бинарна и описывается логической функцией работоспособности, и функциональной живучестью, когда работа системы описывается критерием функциональной эффективности. Тогда отказ системы - это падение уровня её эффективности ниже заранее предустановленного значения. МЕТОДЫ. Техническая система рассматривается как управляемая кибернетическая система, которой приданы специализированные средства обеспечения живучести (СОЖ). В анализе использованы логико-вероятностные методы и результаты комбинаторной теории случайных размещений. Предполагается: а) негативные внешние воздействия являются точечными и однократными (за одно воздействие поражается ровно один элемент); б) каждый элемент системы обладает бинарной логикой (работоспособность - отказ) и нулевой стойкостью, то есть гарантированно поражается за одно воздействие. В последующем, данное допущение обобщается на случай r-кратного негативного внешнего воздействия и L-стойких элементов. Также в работе рассматриваются варианты неточечных моделей, когда часть системы или система в целом подвергаются групповому поражению специализированного типа. Рассмотрены варианты сочетания свойств надёжности и живучести, когда анализу подвергаются одновременно отказы по внутренним и по внешним причинам. РЕЗУЛЬТАТЫ. Воспроизведены различные варианты законов поражения и функций живучести технических систем. Выявлено, что в основе этих распределений лежат простые и обобщённые числа Моргана, а также числа Стирлинга второго рода, которые могут быть восстановлены на основе простейших рекуррентных соотношений. Если допущения математической модели обобщаются на случай n r-кратных негативных внешних воздействий и L-стойких элементов, то обобщённые числа Моргана, участвующие в оценке закона поражения, определяются на основе теории случайных размещений, в ходе n-кратного дифференцирования производящего полинома. В этом случае установить рекуррентное соотношение между обобщёнными числами Моргана не представляется возможным. Показано, что при однородных допущениях к модели живучести (равностойкие элементы системы, равновероятные негативные внешние воздействия) в ядре соотношений для функции живучести системы, вне зависимости от закона поражения, находится вектор структурной избыточности F(u), где u - число поражённых элементов, F(u) - число работоспособных состояний технической системы при u отказах. ВЫВОДЫ. Точечные модели живучести являются превосходным инструментом для экспресс-анализа структурно-сложных систем и для получения приближённых оценок функций живучести. Простейшие допущения структурной живучести могут быть обобщены на случай, когда логика работоспособности системы не является бинарной, но обуславливается уровнем эффективности функционирования системы. В этом случае надо говорить о функциональной живучести. Вычислительная трудность PNP задачи оценки живучести не позволяет решать её путём простейшего перебора состояний технической системы и вариантов негативных внешних воздействий, необходимо искать пути отхода от полного перебора, в том числе за счёт преобразования функции работоспособности системы и её декомпозиции. Проектирование и внедрение свойства живучести в техническую систему должно проходить с оглядкой на то, как такое свойство обеспечено в биологических и социальных системах.

живучесть, витальность, устойчивость, риск, неблагоприятное воздействие, запас живучести, закон уязвимости, функция живучести

1. Черкесов Г.Н., Недосекин А.О. Оценка живучести сложных структур при многоразовых воздействиях высокой точности (часть 1) // Надёжность. - №2. 2016. С. 3-15.

2. Можаева И.А., Нозик А.А., Струков А.В. Современные тенденции структурно-логического анализа надёжности и кибербезопасности АСУТП. - На сайте: http://www.szma.com/mabr2_2015.pdf

3. Можаева И.А. Методики структурно-логического моделирования сложных систем с сетевой структурой // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург. 2015. 19с.

4. Можаев А.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. - СПб: ВИТУ, 2000. - 145 с.

5. Черкесов Г.Н. Методы и модели оценки живучести сложных систем. - М.: Знание, 1987. - 55 c. - Также на сайте: http://www.gcherkesov.com/articles/article02.pdf

6. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. - СПб: Питер, 2005. - 480 с.

7. Недосекин А.О. Применение теории случайных размещений к анализу живучести технических систем // Кибернетика АН УССР. - 1991. - №6.

8. Недосекин А.О. Анализ живучести систем энергетики комбинаторно-вероятностными методами // Известия РАН. Энергетика. 1992. N3. С.48 - 58.

9. Недосекин А.О. Анализ живучести автоматизированного комплекса на основе точечной модели // Приборы и системы управления. 1989. N11. С.12-14.

10. Недосекин А.О. Связь отказоустойчивости и живучести в функционально-избыточных технических системах // Проблемы комплексной автоматизации судовых технических систем / Тез. докл. Л., НПО «Аврора», 1989. С.208-209

11. Недосекин А.О. Сопоставительный анализ безотказности и живучести технических систем с сетевой структурой // Повышение качества и надежности промышленных изделий / Тез. докл. Л., ЛДНТП, 1989. С.15 -18.

12. Недосекин А.О. Обеспечение функциональной живучести сетей связи: анализ и принятие решений // Пути совершенствования сетей и комплексов технических средств связи / Тез. докл. Л., НПО «Красная заря», 1989. С.10 - 13.

13. Недосекин А.О. Живучесть как функция избыточности в сетях связи // Х-ый симпозиум по проблеме избыточности в информационных системах / Тез. докл. Часть 2. Л., ЛИАП, 1989. С.178 -181.

14. Недосекин А.О. Анализ живучести ЭЭС комбинаторно-вероятностными методами // МВИН БСЭ. Вып. 41. Иркутск, 1991.

15. Недосекин А.О. Анализ живучести газотранспортной системы региона Западной Сибири по фактору электроснабжения // МВИН БСЭ. Вып. 43. Иркутск, СЭИ СО РАН, 1992.

16. Недосекин А.О. Структурный анализ живучести ЭЭС на примере тестовой расчетной схемы // МВИН БСЭ. Вып. 43. Иркутск, СЭИ СО РАН, 1992.

17. Горшков В.В. Логико-вероятностный метод расчета живучести сложных систем //АН УкрССР, Кибернетика, 1982, №1. - С.104-107.

18. Трухаев Р.И. Модели принятия решений в условиях неопределённости. - М.: Наука, 1981.

19. Абдулаева З.И., Недосекин А.О. Стратегический анализ инновационных рисков. - СПб: СПбГПУ, 2013. - 145 с. - Также на сайте: http://an.ifel.ru/docs/InnR_AN.pdf

20. Bertalanffy L. von. An Outline of General System Theory. // British Journal for the Philosophy of Science. Vol. 1. 1950. P. 134-165.

21. Zadeh L. From computing with numbers to computing with words - from manipulation of measurements to manipulation of perceptions // International Journal of Applied Math and Computer Science, pp. 307-324, vol. 12, no. 3, 2002.