Особенности оценки показателей функциональной безопасности систем противоаварийной автоматической защиты с использованием деревьев неисправностей

Цель. Целью статьи является анализ особенностей использования коммерческих программных пакетов, основанных на моделях деревьев неисправностей (ДН), которые применяются в инженерной практике для расчета надежности систем противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ). Стандарты серии МЭК 61508 «Функциональная безопасность» обращают внимание на возможность получения в таких случаях неверных и неконсервативных оценок средней вероятности отказа на запрос выполнения функций безопасности ПАЗ. Основным источником некорректных результатов является применение приближенных и упрощенных формул для определения показателей надежности компонентов контуров ПАЗ, и вычисление показателя средней неготовности системы ПАЗ к выполнению функций безопасности по значениям средней неготовности ее компонентов. Для коррекции результатов моделирования ДН возможно использование поправочных коэффициентов, учитывающих структуру контура ПАЗ, а также применение точных формул стандарта МЭК 61508-6 для расчета средней вероятности отказа на запрос компонентов контура ПАЗ. Кроме того, возможен выбор типа модели отказов по общим причинам (ООП).
Методы. Проведен сравнительный анализ влияния составляющих опасных отказов, обнаруживаемых и не обнаруживаемых внутренним диагностированием, на оценку средней вероятности отказа на запрос компонентов контура ПАЗ. Показано, что для менее надежных компонентов эта зависимость существенно влияет на занижение оценки показателя неготовности. Эффективность введения корректирующих коэффициентов, учитывающих архитектуру контура ПАЗ, также зависит от надежности компонентов, и их введение целесообразно для тех компонентов, чей уровень полноты безопасности соответствует диапазону между уровнями 1 и 2. Для проектной оценки показателей функциональной безопасности возможно применение модели бета-фактора отказов по общим причинам, применяемой при проектном расчете функциональной безопасности ПАЗ.
Результаты. Анализ упрощенных и приближенных формул для расчета средней неготовности нерезервированных элементов контура ПАЗ показал, что при диагностическом покрытии более 90% использование упрощенных формул приводит к занижению показателя неготовности за счет увеличения влияния опасных обнаруженных отказов на вероятность несрабатывания ПАЗ. При использовании метода анализа ДН для получения консервативной оценки показателя неготовности контура ПАЗ следует использовать корректирующие коэффициенты, значения которых зависят от параметров резервирования каналов ПАЗ. Рассмотрены две модели учета ООП, применяемые при расчетах функциональной безопасности ПАЗ. Показано, что при использовании любой модели ООП показатели надежности системы снижаются. Это снижение определяется величиной бета-фактора и надежностью элементов системы ПАЗ.
Заключение. Изложенные в статье материалы показывают ограничения применения упрощенной формулы для оценки средней неготовности нерезервированных элементов ПАЗ в качестве исходных данных для построения ДН. При определении уровня полноты безопасности контура ПАЗ, имеющего в своем составе элементы с низкой надежностью, следует учитывать, что при использовании метода ДН в коммерческих программных пакетах возможно получение завышенных показателей надежности, что нежелательно в задачах анализа функциональной безопасности.

1. ГОСТ Р МЭК 61508. Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью. Часть 6. 2012. Руководство по применению ГОСТ Р МЭК 61508-2 и ГОСТ Р 61508-3. М.: Стандартинформ, 2014. 110 c.

2. Rausand M. Reliability of Safety-Critical Systems: Theory and Applications. Willey, 2014. 448 p.

3. Можаева И.А., Нозик А.А., Струков А.В. Типовые примеры расчета функциональной безопасности систем противоаварийной защиты опасных производственных объектов // Сборник трудов двадцатой Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности» том 2, «Средства противодействия терроризму», ФБГУ РАРАН-Москва, НПО СМ – СПб., 2019. С. 486–494.

4. Можаев А.С. Аннотация программного средства «АРБИТР» (ПК АСМ СЗМА) // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика ядерных реакторов». Раздел «Аннотации программных средств, аттестованных Ростехнадзором РФ»: науч.-техн. сб. М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2008. Вып. 2/2008. С. 105–116.

5. Reliability Workbench – Isograph [Электронный ресурс]. URL: https://www.isograph.com/software/reliabilityworkbench/ (Дата обращения 03.08.2022).

6. Антонов А.В., Чепурко В.А., Черняев А.Н. Исследование модели учета отказов по общей причине бета-фактора // Надежность. 2019. №2. С. 9–17. DOI: 10.21683/1729-2646-2019-19-2-9-17

7. Можаева И.А., Струков А.В. Применение ПК АРБИТР для проектной оценки показателей функциональной безопасности систем противоаварийной защиты // В сборнике: Труды 4-й Международной научно-практической конференции «Имитационное и комплексное моделирование морской техники и морских транспортных систем» (ИКМ МТМТС – 2017). С-Петербург, 2017. С. 100–105.