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

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.

Для цифровых информационно-управляющих систем, выполненных по современной нанотехнологии, характерна повышенная чувствительность к попаданию частиц высокой энергии при работе в условиях радиации. Наиболее часто она проявляется в периодическом возникновении мягких отказов, то есть искажений информационных битов в элементах памяти системы при сохранении аппаратурой работоспособности. Причиной этому являются ложные импульсы тока на выходах логических элементов, возникающие вследствие ионизации подзатворной области полупроводника транзистора после попадания в него частицы высокой энергии. Для борьбы с мягкими отказами в систему внедряют механизмы самовосстановления, обеспечивающие периодическую перезапись искаженных данных корректными. При таком подходе к проектированию значительно возрастает значимость анализа надежности разрабатываемой системы. Так как регулярное возникновение мягких отказов является по сути штатным режимом работы системы в условиях повышенной радиации, анализ надежности необходимо многократно проводить еще на этапе ее проектирования, поскольку только таким образом можно своевременно оценить качество выбранных архитектурных решений. Однако специфика разрабатываемых отказоустойчивых программно-аппаратных систем, связанная с наличием в них детерминированных процессов восстановления, ограничивает применимость известных методов анализа надежности. Поведение этих систем затруднительно формализовать в виде модели надежности в рамках классической теории надежности, ориентированной на оценку аппаратных структур. Выявлено, что применение традиционных методов анализа надежности (таких, как использование марковской модели или логико-вероятностных методов) требует принятия ряда допущений, которые приводят к появлению недопустимых погрешностей в результатах оценки или к невозможности ее проведения.

Цель. Разработка модели и методов анализа надежности, позволяющих оценивать надежность программно-аппаратных систем с периодическим восстановлением.

Результаты. Разработана имитационная модель, предназначенная для оценки надежности сложных восстанавливаемых информационно-управляющих систем. Модель представляет собой сеть ориентированных графов состояний, которая позволяет описать поведение восстанавливаемой системы с учетом наличия в ней вычислительных процессов и процессов восстановления, работающих по детерминированным алгоритмам. На основании имитационной модели разработано программное средство анализа надежности, позволяющее получить вероятностную оценку характеристик надежности отдельных узлов системы и всей ее структуры в целом путем компьютерного моделирования внутренних процессов возникновения отказов и восстановлений. Данное средство может быть использовано при комплексной оценке надежности программно-аппаратных систем, которая предполагает проведение анализа восстанавливаемых узлов со сложным поведением с помощью разработанной имитационной модели, а их работу в совокупности с простыми аппаратными элементами, такими как источники питания и предохранители, – с помощью традиционных аналитических методов анализа надежности. Такой подход к оценке надежности реализован в программном средстве анализа надежности «Digitek Reliability Analyzer».

Практическая значимость. Применение разработанных имитационной модели и средства анализа надежности на этапе проектирования позволяет своевременно оценить качество синтезируемой отказоустойчивой восстанавливаемой системы с точки зрения надежности и выбрать наилучшее архитектурное решение, что имеет большую практическую значимость. 

Проблема назначения оптимального уровня надежности существует давно и пока не решена. Отмечается ошибочность требований абсолютной надежности. Однако недостаточная надежность сооружений чревата большими социально-экономическими потерями. Поэтому возникает задача определения необходимого, оптимального уровня надежности. В РФ количественно значение надежности зданий и сооружений не регламентируется. В то же время сопротивления материалов железобетонных конструкций регулируются ГОСТ 34028–2016 для стержневой арматуры и ГОСТ 18105-2010 для бетона, а также строительными правилами СП 63.13330-2012 «Бетонные и железобетонные конструкции».Надежность строительной системы «Нагрузки – конструкция» в данной работе предлагается определять с учетом формулы полной вероятности. При этом принимается, что механические характеристики материалов конструкции и нагрузки являются независимыми и совместными случайными величинами: появление одной случайной величины не зависит от появления другой; изменение нагрузки изменяет напряжения в сечении конструкции. Исследования распределений случайных величин показали, что из-за их асимметрии они могут существенно отличаться от нормального распределения. Поэтому в данной работе распределения случайных величин аппроксимируются кривыми Пирсона, включающими в себя, как частный случай, распределения Гаусса. Вероятностные расчеты показали, что в течение 10 лет объекты, запроектированные по СП 38.13330.2012 для эксплуатации в Финском заливе, будут разрушены почти со 100% вероятностью. Для объектов нормального уровня ответственности (КС-2) требуемая надежность должна стремиться к 3σ (0,99865). Чтобы обеспечить требуемую надежность строительной системы примерно 3σ, следует стремиться к обеспеченности нагрузок 0,99865.Применение СП не всегда гарантирует требуемую надежность строительных объектов. Использование вероятностных подходов при решении инженерных задач может предотвратить появление чрезвычайных ситуаций.

В статье отмечается, что с ростом глубин эксплуатируемых скважин возрастает актуальность применения канатно-шкивных механизмов в сравнении с существующими станками-качалками. Дается обобщенный теоретический анализ кинематики канатношкивных приводов. Авторы включили общий теоретический анализ кинематики вышеупомянутых механизмов, а также результаты компьютерных расчетов на основе разработанных уравнений для множества случаев. Дальнейший анализ результатов показал, что кривошипные механизмы веревочного шкива имеют «гладкую» кинематику. В результате проведенных исследований была предложена на уровне изобретения конструкция привода скважинного штангового насоса мачтового типа уменьшенной металлоемкости и энергопотребления, позволяющая повысить работоспособность скважинных штанговых насосных установок.

Цель данной статьи состоит в том, чтобы найти полезную модель насоса для штанги скважины, с целью обеспечить экологически безопасное оборудование. В этой задаче облегчается металлическая конструкция насоса с роторной колонной и снижается энергопотребление. В данной задаче были сделаны некоторые расчеты для доказательства надежности системы. После проведения расчетов было установлено, что легкая конструкция может использоваться вместо старой тяжелой конструкции и является экологически чистой версией этого оборудования Экспериментальные исследования Научно-исследовательского и опытно-конструкторского института нефтяного машиностроения АзИНМАШ (Азербай джан, г. Баку) указывают на возможность обеспечения нормальной работы скважинной штанговой насосной установки при произведении параметров n∙S = 54÷60 м/мин. Рассмотрена зависимость максимальной производительности Q от числа ходов n для различных типоразмеров станков-качалок Анализ параметров показал, что значения произведения n∙S в существующих станках-качалках меньше рекомендаций, полученных на основании экспериментальных данных, т.е. существует реальная возможность повышения производительности за счет увеличения длины хода точки подвнса штанг, так как максимальная длина цилиндров скважинных штанговых насосов может быть в пределах 6-7 метров. Оценочные расчеты показывают, что при исследовании кинематики длинноходовых приводов можно практически пренебречь изменением длины каната за счет смещения точки контакта каната и шкива. Это упрощает формулы, описывающие кинематику длинноходового привода подобного типа. В статье отмечается, что с ростом глубин эксплуатируемых скважин возрастает актуальность применения канатно-шкивных механизмов в сравнении с существующими станками-качалками. Дается обобщенный теоретический анализ кинематики канатно-шкивных приводов. По полученным формулам выполнены сравнительные компьютерные расчеты для различных случаев. Показано, что канатно-шкивные механизмы обладают более «мягкой» кинематикой. Проведенные расчеты подтвердили целесообразность изменения конструкции насоса, в результате чего будет достигнуто снижение загрязнения окружающей среды и экономия электроэнергии. Поскольку будущему миру нужны возобновляемые источники энергии и снижение потребления энергии на нефтяных и газовых месторождениях, чтобы свести к минимуму и остановить загрязнение окружающей среды, то предлагаемое решение является актуальным. В этой статье авторы исследования предлагают более производительную модель скважинного штаногового насоса, которую можно легко установить и обслуживать на нефтегазовом месторождении. Это может быть достигнуто на основе ниже упомянутых расчетов.

Современная военная авиация предъявляет все возрастающие требования к профессионализму летчиков, в связи с чем обостряются проблемы повышения качества профессионального отбора и профессиональной подготовки военных летчиков. После исследований В.А. Пономаренко и В.А. Бодрова в авиационную психологию вошел термин «пролонгированный отбор» как профессиональное психологическое сопровождение летного обучения, для которого важным является составление прогноза успешности обучения на начальных этапах профессиональной подготовки курсантов, что и составило цель настоящего исследования.

Методы. В исследовании решались задачи проверки прогноза успешности летного обучения по данным профессионального психологического отбора (ППО) на начальных этапах профессиональной подготовки и возможность формулирования этого прогноза в виде интегральной оценки. Для решения этих задач использовались оценки теоретической успеваемости, результаты формирования летных навыков на авиационных тренажерах, динамика показателей профессионально важных качеств (ПВК) курсантов в процессе их обучения на 1 и 2 курсах в сопоставлении с теми показателями, которые были получены ими на ППО. Выборка исследования составила 143 курсанта. Обследование испытуемых проводилось при их поступлении в летное училище и на первых двух курсах обучения по программам, соответствующим нормативным документам министерства обороны и командования Воздушно-космическими силами. Прохождение обследования является необходимым условием для зачисления в высшее военное авиационное образовательное учреждение и последующего летного обучения и не противоречит современным этическим нормам проведения научных исследований. Обследуемые курсанты были распределены на две группы по категориям профпригодности, основанным на результатах исследования ПВК при прохождении ими ППО: 1-я группа (55 человек), названная «пригодные» с хорошими показателями профпригодности и 2-я группа (88 человек), названная «условно годные» с удовлетворительными показателями профпригодности. Статистический анализ проведен с помощью описательной статистики программы Excel пакета Microsoft Office 2007, Т-критерия Стьюдента для несвязанных выборок.

Результаты. Проведенное исследование показало, что курсанты из группы «пригодных», по сравнению с «условно годными», более адаптированы к условиям военной службы, имеют более высокие показатели познавательных психических процессов и сенсомоторных способностей. Они лучше учатся по теоретическим предметам и быстрее осваивают тренажерную подготовку. В то же время по физиологическим и физическим качествам курсанты исследуемых групп неразличимы и имеют хорошие и высокие показатели, что подтверждается оценками по дисциплине физической подготовки и свидетельствует об их хорошем физическом развитии и физической подготовке.

Выводы. Прогноз успешности летного обучения, выставленный на этапе ППО как категория профессиональной пригодности, подтверждается на начальных этапах профессиональной подготовки курсантов при проведении мероприятий профессионального психологического сопровождения обучения летного состава. Интегральная оценка, складывающаяся из результатов теоретической успеваемости; данных психологического, психофизиологического обследования; показателей тренажерной подготовки курсантов, может быть использована в последующем летном обучении в качестве информации для разработки индивидуальных программ профессиональной подготовки. Для повышения надежности подготовки планируется разработка и создание комплексных программ автоматизированных методик для диагностики современных летных ПВК, а также методик для их совершенствования и развития [4].

В качестве поставленной в работе задачи выбрана проблема объединения мнений группы экспертов относительно некоторого вероятностного распределения с целью его оценки аналитиком. Подразумевается, что лицо, принимающее решение, на основе полученного результата будет оценивать интересующие его риски и, исходя из этого, принимать те или иные решения. Данная задача может возникнуть во многих сферах анализа риска. В настоящей работе в качестве прикладной предметной области рассматривается устойчивость различных конструкций (зданий, железных дорог, автодорог и т. д.) к внешним механическим воздействиям, например, землетрясениям. В качестве основного инструмента исследования предложен вероятностный метод расчета риска при принятии решений, связанного с привлечением экспертов к анализу риска разрушения железнодорожного полотна и других конструкций при землетрясениях. Для оценки сейсмической устойчивости рельсовых конструкций на основании мнений экспертов использован байесовский подход. Предложенный метод оценки аналитиком вероятностного распределения (кривой хрупкости) на основании мнений группы экспертов позволяет с помощью полученных результатов формализовать и в явном виде выразить латентный риск экспертизы. Разработанная с учетом ряда ограничений процедура позволила в явном виде получить выражение для латентного риска экспертизы. Изложенные в работе теоретические построения легко могут быть реализованы в программной системе, которая позволит в интерактивном режиме вводить параметры и входные данные рассмотренной модели и получать на выходе искомое распределение и величину «риска в риске». Такая система, с одной стороны, позволит проверять некоторые интуитивные предположения относительно поведения результатов при варьировании параметров, а с другой, использоваться как инструмент автоматизации экспертизы и анализа ее качества, помогающий обоснованно принимать решения в условиях риска. Одним из дальнейших направлений развития предложенного метода может быть устранение зависимости значения «риска в риске» от оценок экспертов. В неявном виде эта зависимость присутствует в итоговом выражении, в то время как в идеале этот риск должен определяться только рейтингами экспертов. На основе предложенного подхода могут быть сформулированы некоторые практические оптимизационные задачи, например, выбор наилучшей группы привлекаемых экспертов с точки зрения минимизации этой доли риска при ограничении на финансирование экспертизы (очевидно, что чем компетентнее эксперт, тем более точны даваемые им оценки и, соответственно, меньше этот риск, но тем больше стоимость привлечения данного эксперта). Также может быть рассмотрена сопряженная задача – оптимальный подбор экспертов с целью минимизации затрат на экспертизу при заданном максимально допустимом уровне «риска в риске». В целом предложенный метод оценки неизвестного распределения и расчета риска, связанного с привлечением экспертов, является достаточно универсальным и может применяться не только в области механической устойчивости конструкций, но и при решении широкого класса задач, в которых требуется оценить некое вероятностное распределение на основе субъективных данных о нем.

Цель. Сход с рельсов единиц подвижного состава (вагонов, секций локомотивов) грузового поезда приводит к повреждениям железнодорожного пути и железнодорожного подвижного состава, а также к возможной утрате перевозимого поездом груза. Однако отдельного внимания требует случай, когда сошедшие с рельсов единицы подвижного состава грузового поезда выходят в габарит соседнего пути. Так, например, произошло в случае с поездом Москва-Кишинев на перегоне Бекасово I — Нара 20 мая 2014 года, когда вследствие схода вагонов грузового поезда и их последующего выхода в габарит соседнего пути во встречном пассажирском поезде в результате столкновения погибли 6 человек. Иногда вышедшие в габарит единицы подвижного состава могут столкнуться со встречным грузовым поездом, что может привести к гибели локомотивной бригады встречного поезда, а также сходу с рельсов единиц подвижного состава встречного поезда, что в случае перевозки последним опасных грузов (например, нефти и бензина) может привести к катастрофическим последствиям. Также выход в габарит соседнего пути приводит к перерыву движения в обоих направлениях. В этой связи оценивание вероятности выхода сошедших с рельсов единиц подвижного состава в габарит соседнего пути является крайне важным в целях поддержания допустимого уровня риска на железнодорожном транспорте, а целью настоящей работы является построение функциональной зависимости между вероятностью выхода сошедших единиц подвижного состава в габарит соседнего пути и различными факторами.

Методы. Использованы методы теории вероятностей и математической статистики: метод максимального правдоподобия, логистическая регрессия, пробит-регрессия, регрессия Коши. 

Результаты. Для каждой группы происшествий: сходов с рельсов по причине неисправности вагонов/секций локомотива, сходов с рельсов по причине неисправности пути – на основе классических моделей бинарного выбора построена оценка вероятности выхода в габарит соседнего пути хотя бы одной сошедшей с рельсов единицы подвижного состава грузового поезда. Данная оценка получилась зависящей от степени загрузки поезда и количества единиц подвижного состава в сходе. Поскольку количество сошедших с рельсов единиц подвижного состава априорно (до схода) неизвестно, то для построения вероятности выхода в габарит хотя бы одной сошедшей с рельсов единицы подвижного состава грузового поезда было предложено использовать параметрическую модель зависимости среднего количества сошедших единиц подвижного состава от различных факторов движения. Было проведено сравнение полученных зависимостей. Рассмотрен численный пример.

Выводы. Имеется значимая положительная корреляция между случайными величинами, характеризующими выход хотя бы одной единицы подвижного состава в габарит соседнего пути и количеством сошедших с рельсов единиц подвижного состава грузового поезда. Зафиксирована прямая зависимость между степенью загрузки поезда и выходом в габарит единиц подвижного состава в случае их схода с рельсов. В случае схода по причине неисправности пути для груженых поездов крайне велика вероятность выхода хотя бы одной единицы подвижного состава в габарит соседнего пути, что подтверждается на практике. 

Цель. Бесперебойность перевозочного процесса обеспечивается путем создания высоконадежной и безопасной системы электроснабжения железнодорожного транспорта, кроме того системы электроснабжения железных дорог обеспечивают питание сторонних муниципальных потребителей. Риск-ориентированный подход к системе управления железнодорожным транспортом требует наличия системы управления рисками и обеспечения безопасности его инфраструктуры. Основной задачей управления рисками в этой области является повышение надежности и безопасности объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта [1, 2]. При этом в связи с ростом количества интеллектуальных информационных систем, а также автоматизированных систем управления на железнодорожном транспорте, задача обеспечения функциональной безопасности приобретает важную роль. Чаще всего данную задачу решают введением избыточности, под которой понимается превышение меры сложности структуры систем по сравнению с их минимальными значениями, необходимыми для выполнения поставленной задачи [3]. Наиболее простым способом создания избыточности является введение резервирования, в частности, дублирование в системе функциональных узлов и элементов. Для оценки безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта необходимо провести расчеты показателей функциональной безопасности их элементов и систем в целом с учетом резервирования. Такой подход позволит выбрать наиболее оптимальное распределение схем резервирования и обеспечит достижение заданного уровня безопасности системы в целом. Для этого необходимо учитывать сложную структуру оцениваемых объектов: наличие систем диагностики, защитных отказов, опасных отказов, а также их случайный характер. Цель статьи – разработка прикладного алгоритма расчета и прогнозирования показателей функциональной безопасности на примере систем электроснабжения железнодорожного транспорта, который может быть использован как для ручного расчета, так и для его автоматизации.

Методы. Система электроснабжения, для которой проводится оценка показателей функциональной безопасности, представляет собой, с функциональной точки зрения, последовательность реализации функций, при этом отказы ее элементов носят случайный характер и некоторые из них приводят к опасным событиям. Для анализа систем в данном случае широко применяются Марковские и полумарковские методы, а также графовые методы. Преимущество данных методов заключается в возможности оценки показателей функциональной безопасности сложных систем, находящихся во множестве состояний, что также характерно для систем электроснабжения железнодорожного транспорта.

Результат. В настоящей статье рассмотрено применение графовых полумарковских методов для расчета стационарных и нестационарных показателей функциональной безопасности для элементов систем электроснабжения с учетом резервирования и защитных отказов. Данный алгоритм позволяет рассчитать показатели безопасности на примере систем энергоснабжения и включает в себя совокупность поэтапных действий по построению графа состояний, расчету исходных и промежуточных показателей графа. Приведен пример расчета показателей функциональной безопасности графа силового трансформатора тяговой подстанции.