О методе обеспечения функциональной безопасности системы с одноканальной обработкой информации

Цель данной статьи – снижение стоимости оборудования системы управления движением локомотивов, которое достигается за счет применения структуры с одноканальным источником информации (в данном случае счетчиков осей) и двухканальным приемником информации (в данном случае бортовой системы управления) взамен традиционной структуры, где формирующее и принимающее устройства должны быть не менее чем двухканальными. При этом для обеспечения безопасности системы заложенный в наиболее широко применяемую многоканальную структуру механизм обнаружения отказов путем сравнения результатов работы между каналами бортового устройства дополняется программной реализацией проверяющих алгоритмов, позволяющих обеспечить соответствующий уровню полноты безопасности SIL4 уровень правильного обнаружения отказа одноканального устройства (в данном случае счетчика осей). Этот уровень в основном характеризуется количественным показателем «вероятность правильного обнаружения» и, чтобы добиться поставленной цели, необходимо вычислить допустимый и в то же время достижимый диапазон данной вероятности и параметров эффективности проверяющих алгоритмов, функцией от которых она является.

Методика. В статье показаны две модели безопасности системы управления движением локомотива: традиционная структура с двухканальным формирующим и принимающим устройством и структура с одноканальным источником и двухканальным приемником информации. Графовые модели содержат аналогичные состояния, имея различия только в параметрах модели. С помощью топологического метода [1], применительно к условиям данной задачи, в обеих моделях выведены формулы расчета средней наработки системы до опасного отказа, интенсивности и вероятности возникновения опасных отказов. Определены значения исходных данных, в том числе вероятностей правильного обнаружения отказа бортовой системы и счетчика осей, и выполнены расчеты значений этих показателей безопасности, позволяющих отнести систему к одному из четырех дискретных уровней полноты функциональной безопасности.

Результаты. В представленной статье произведено нормирование вероятностных показателей эффективности программных и аппаратных средств обнаружения отказа для структуры с одноканальным источником и двухканальным приемником информации. При этом под нормированием показателей понимается процесс установления их предельно допустимых значений, обеспечивающих количественные показатели безопасности (среднюю наработку системы до опасного отказа, интенсивность и вероятность опасного отказа системы) не хуже, чем у традиционной структуры с двухканальными формирующим и принимающим устройствами. Выявлены наиболее значимые для обеспечения безопасности из-за сильного влияния на уровень правильного обнаружения отказа (в данном случае счетчика осей) параметры эффективности. Полученные результаты показали возможность сокращения аппаратных затрат с сохранением выполнения требований безопасности при использовании одноканальных источников информации (в данном случае счетчиков осей) и двухканальных приемников информации (в данном случае бортовой системы управления), имеющих в своем составе программное обеспечение, которое дает возможность обеспечить соответствующий высокий уровень правильного обнаружения отказа (в данном случае счетчика осей).

1. Шубинский И.Б. Функциональная надежность информационных систем. Методы анализа. М.: ООО «Журнал «Надежность», 2012. 296 с.

2. Иыуду К.А. Надежность контроль и диагностика вычислительных машин и систем. М.: «Высшая школа», 1989. 216 с.

3. Шубинский И.Б. Методы обеспечения функциональной надежности программ // Надежность. 2014. №4. С. 87-101.

4. Шубинский И.Б. Структурная надежность информационных систем. Методы анализа. М.: ООО «Журнал Надежность», 2012. 212 с.

5. Шубинский И.Б. Надежные отказоустойчивые информационные системы. Методы синтеза. М.: Журнал Надежность, 2016. 544 с.

6. Локомотивные устройства безопасности нового поколения. Технические требования. Утверждены Распоряжением ОАО «РЖД» от 30.12.2020 г. № 2995/р.

7. Шубинский И.Б., Шебе Х., Розенберг Е.Н. О функциональной безопасности сложной технической системы управления с цифровыми двойниками // Надежность. 2021. №1. С. 38-44.

8. Харлап С.Н. Разработка микропроцессорного модуля управления для системы железнодорожной автоматики : учеб.-метод. пособие. Гомель: БелГУТ, 2015. 175 с.

9. BS EN 50128:2011. Railway applications – Communication, signaling and processing systems – Software for railway control and protection systems.

10. IEC 61508, Functional safety of electrical/electronic/ programmable electronic safety-related systems, 2010.