Preview

Надежность

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
Том 18, № 4 (2018)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)
https://doi.org/10.21683/1729-2646-2018-18-4

СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

3-9 128
Аннотация
В статье рассматривается надежность информационной системы управления с позиции способности предоставлять требуемые услуги, которым можно оправданно доверять, т.е. ее гарантоспособность. Предполагается, что система функционирует без участия операторов. Задача состоит в обеспечении гарантоспособности мультимодульной системы управления в условиях воздействия на результаты решения задач отказов, сбоев и ошибок в решении задач вычислительными модулями (ВМ) системы. Применение традиционных методов обеспечения отказоустойчивости не обеспечивает желаемого эффекта, поскольку даже при бесконечной структурной избыточности, но при реальных возможностях оперативного обнаружения отказов или сбоев ВМ, гарантоспособность системы значительно ниже ожидаемой. В статье предложены и оценены способы адаптивной гарантоспособности. Назначение их состоит в реализации наблюдаемости систем управления при ограниченных возможностях контроля работоспособности составных ВМ и в достижения требуемых уровней гарантоспособности информационных систем управления в условиях незначительного резерва времени и структурной избыточности. Эти цели достигаются путем активного (и автоматического) переназначения имеющихся вычислительных ресурсов для оперативной обработки информации. Способы адаптивной грантоспособности позволяют без остановки вычислительных процессов при решении реальных задач осуществлять своевременное автоматическое обнаружение и устранение отказов, сбоев ВМ и ошибок в решении предусмотренных задач путем оперативной локализации неисправных модулей и последующей автоматической реконфигурации системы с выводом из процесса функционирования отказавших модулей.
10-15 107
Аннотация

При решении различных задач по оценке надежности систем вероятностнофизическими методами важнейшей априорной информацией, позволяющей эффективно их решать, является информация о коэффициенте вариации наработки до отказа. В условиях малой статистики отказов оценка коэффициента вариации наработки до отказа является сложной задачей из-за сильно цензурированных выборок. В этих случаях используют методы оценки коэффициента вариации с привлечением дополнительной априорной информации и метода квантилей. Решение ряда задач по надежности с учетом различных распределений отказов значительно упрощается, если функции этих распределений табулированы в параметрах относительная наработка и коэффициент вариации. Впервые эффективное решение задач по надежности с использованием таблиц функции DN-распределения предложено для параметризации распределения в параметрах x и v, где x – параметр масштаба, относительная наработка x = at; v – параметр формы, коэффициент вариации v = V; a – средняя скорость деградации. Это позволило при табулировании уйти от реального масштаба времени, упростить табулирование функции и ее использование при решении ряда задач по надежности методом квантилей. В работе проанализирована эффективность метода квантилей по оценке коэффициента вариации наработки до отказа, являющегося одновременно параметром формы DN-распределения, в условиях малой статистики отказов и на его основе предложен новый, более эффективный метод. Метод оценки коэффициента вариации по квантилям малого и сверхмалого уровня опирается на анализ поведения функции ai = f(t), полученной методом квантилей. Наилучшим выбором априорного значения v считается такой выбор, при котором график зависимости ai = f(t) наиболее точно описывается прямой горизонтальной линией, что полностью согласуется с гипотезой о постоянстве скорости деградации, принятой при формализации DN-распределения. В тех случаях, когда по графику зависимости ai = f(t) трудно сделать вывод о наилучшем варианте выбора априорного значения v (особенно сложно сделать выбор по статистике первых отказов), можно воспользоваться следующим формальным критерием: наиболее приемлемое априорное значение параметра формы v лежит в области значений, при которых происходит смена знака тренда средней скорости деградации (h) на графике ai = f(t). Исследованиями установлено, что наиболее значительные ошибки в оценке коэффициента вариации дают первые отказы. При обработке результатов испытаний на надежность считается, что первые отказы в выборке имеют наименьший информационный вес, так как их появление вызвано серьезными дефектами, не обнаруженными в процессе выходного контроля качества продукции. Первые отказы, как правило, «выпадают» из общей статистической закономерности и их рекомендуется исключать из последующего анализа. Предложенный метод оценки коэффициента вариации наработки до отказа по квантилям сверхмалого уровня позволяет в условиях ограниченной статистики отказов, когда другие методы не работают, довольно точно определять не только коэффициент вариации наработки до отказа и параметры DN-распределения, но и делать выводы о возможности и правомерности выравнивания (описания) исследуемой выборки с помощью данного диффузионного распределения, т.е. может использоваться в качестве своеобразного критерия согласия исследуемого эмпирического распределения отказов выбранной теоретической модели надежности. Описанный процесс нахождения наиболее истинных значений коэффициента вариации наработки до отказа с помощью формального критерия согласия может выполняться с использованием ЭВМ.

16-21 115
Аннотация

Работа посвящена совершенствованию методов оценки одной из важнейших эксплуатационных характеристик газоперекачивающего агрегата (ГПА) – его надежности – в условиях снижения загрузки магистральных газопроводов. В настоящее время надежность агрегатов характеризуется комплексом параметров, основанных на определении времени нахождения агрегата в том или ином эксплуатационном состоянии. Представлены основные результаты исследования коэффициентов надежности для ГПА-Ц-18 в количестве 41 агрегат, эксплуатируемых на многоцеховых компрессорных станциях (КС) одного из Дочерних Обществ ПАО «Газпром». Приведены установленные в процессе исследований коэффициенты надежности – коэффициент технического состояния, коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности. Выполнено структурирование ГПА по группам в зависимости от значений коэффициентов. Рассмотрена возможность применения интегральных показателей для анализа уровня надежности ГПА в группах. Предложено использованиедоверительных интервалов для идентификацииинтегрального уровня надежности эксплуатируемого парка ГПА и определения направлений для поддержания работоспособности агрегатов в условиях сниженной загрузки магистральных газопроводов. Для обобщенной оценки уровня надежности ГПА по группам предложен показатель Джини.Показано, что преимущество показателя Джини перед средним значением показателей надежности заключается в возможности учета рангов анализируемых признаков в группах. Графическая интерпретация результатов выполнена с помощью кривой Лоренца. В работе реализовано правило сигм, характеризующее вероятность попадания фактического значения коэффициента в доверительный интервал – границы прогноза (верхняя и нижняя), в которые с заданной вероятностью попадут фактические значения.Доверительные интервалы определены по виду распределения коэффициентов и σ–среднеквадратическому отклонению, в качестве примера приведена гистограммаинтервального ряда распределения коэффициента технического использования.Проверка гипотезы о виде закона распределения на уровне значимости 0,95 показала, что распределение коэффициентов является нормальным. Методом моментов было установлено математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение для распределения значений коэффициентов надежности каждого вида.Исключение из массива первичной информации всех резко выпадающих ГПА по уровню факторного признака произведено по правилу «сигм». При этом исключены все агрегаты, у которых значение признака-фактора не попадает в интервал. По правилу «трех сигм» в доверительный интервал (µ±3σ) не попали 3 ГПА по коэффициенту технического использования, 2 ГПА по коэффициенту готовности. Проведенный анализ причин низких значений коэффициентов надежности указанных ГПАпоказал, что агрегаты длительно находились в ремонте. В работе приведены сводные данные по максимально допустимому значению показателей дифференциации Джини коэффициентов надежности (Кти, Кг, Ког) в зависимости от объема выборки (полная выборка агрегатов – 41 шт. и выборок с интервалом 1, 2, 3 «сигма»). При большем значении показателя Джини рекомендовано принимать меры к отдельным агрегатам для повышения уровня надежности эксплуатируемого фонда ГПА.

22-27 106
Аннотация

Проблема повышения надежности двигателя, который является наиболее сложным и дорогостоящим агрегатом в составе автотранспортного средства, не может быть решена без объективной и достоверной информации по отказам и неисправностям его составных частей, причинам их возникновения, фактическим ресурсам, а также факторам, влияющим на эти показатели в реальных условиях эксплуатации. Заводы-изготовители не всегда имеют такую информацию, в результате чего среди причин потери двигателями работоспособного состояния нередко встречаются конструктивные отказы, связанные с несовершенством их проектирования и конструирования.

Целью данной работы является исследование эксплуатационной надежности двигателя с использованием полученных результатов при организации их технического обслуживания и ремонта.

Методы исследования базировались на эксплуатационных испытаниях двигателей, которые позволяют получить наиболее полную и объективную информацию об их надежности, так как проводились в типичных условиях функционирования автотранспортных предприятий в процессе проведения технического обслуживания и ремонта автомобилей. Результаты исследований, обработанные с помощью стандартной программы Statistica 6.0, представлены в виде статистических оценок надежности основных конструктивных элементов двигателя (наработок до отказа, изменение вероятностей их безотказной работы по пробегу). Анализ полученной информации позволяет оценить уровень фактической надежности двигателя, выявить слабые места в его конструкции, разработать конкретные мероприятия по повышению эксплуатационной надежности. Получаемая при таких испытаниях информация полезна не только для производителей двигателей, но и для сферы эксплуатации, так как позволяет научно обосновать нормативы обеспечения их работоспособного состояния. Для выявления и локализации конкретных неисправностей двигателей при проведении их обслуживания и ремонта обоснован комплекс диагностических параметров с их нормативными значениями.

Выводы. На основе выполненных исследований сформирован комплекс диагностических параметров для оценки технического состояния основных систем двигателя (цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов), которые определяют и лимитируют его надежность. Внедрение результатов исследования в технологические процессы технического обслуживания и ремонта автомобилей позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность двигателей и снизить затраты на обеспечение их работоспособного состояния.

28-35 139
Аннотация

Цель. Расчёты являются неотъемлемой частью разработки любого сложного технического объекта. Обычно они подразделяются на расчёты, подтверждающие работоспособность изделия (кинематические, электрические, тепловые, прочностные, расчёты гидравлических и пневматических систем и пр.), и расчёты, подтверждающие его надёжность (расчёты показателей безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости и пр.). При этом под расчётами надёжности понимаются и нормативно закреплены процедуры определения значений показателей надёжности объекта с использованием методов, основанных на их вычислении по справочным данным о надёжности элементов объекта, по данным о надёжности объектов-аналогов, данным о свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту расчёта. Однако в случае разработки уникальных высокоответственных систем получить статистические данные для расчёта надёжности не представляется возможным из-за двух взаимоисключающих условий: ограниченного числа создаваемых объектов и высокой точности требуемой исходной информации. Тем не менее, по мнению автора, расчёты надёжности должны проводиться, вопрос заключается только в том, как считать надёжность и что под таким расчётом понимать.

Методы. В классической теории надёжности под вероятностью безотказной работы принято понимать частоту наступления отказов во времени, но для уникальных высокоответственных систем частота отказов должна стремиться к нулю за весь срок эксплуатации (желательно чтобы отказов вообще не было). По этой причине к понятию «отказ» для уникальных высокоответственных систем разумнее относиться не как к событию – всякому факту, который в результате опыта может произойти или не произойти, а как к возможному риску – нежелательной ситуации или обстоятельству, характеризующемуся вероятностью возникновения и потенциально негативными последствиями. Тогда событию в виде реального или потенциального отказа при эксплуатации можно сопоставить риск в виде вероятности возникновения отказа с негативными последствиями, что с позиций последствий отказов для уникальных высокоответственных систем одинаково недопустимо. В этом случае расчёт надёжности без потери смыслов может быть заменён оценкой риска – процессом, охватывающим идентификацию риска, анализ риска и сравнительную оценку риска. Таким образом, с помощью оценки рисков появляется возможность достигать заданной надёжности напрямую путём обоснования стабильности проявления свойств конкретного изделия, а не опосредованно через ненадёжность, как следствие отказов объектов-аналогов. Результаты. Приведена последовательность проведения оценки риска для уникальных высокоответственных систем. На примере механической системы с подвижными узлами в виде однозвенной поворотной штанги космического аппарата показаны процедуры проведения оценки риска. Представлена возможность проведения оценки риска с применением конструкторско-технологического анализа надёжности.

Выводы. Показано, что отсутствие статистических данных о надёжности образцов-аналогов уникальных высокоответственных систем не является препятствием для проведения расчётов надёжности в виде оценки риска. Более того, результаты таких расчётов могут быть источником и руководством для принятия конструкторских и технологических решений при разработке и создании изделий с заданной надёжностью. Однако для легализации методики проведения таких расчётов необходима корректировка нормативно-технической документации, позволяющая производить расчёты надёжности иными методами, нежели с использованием статистических данных об отказах образцов-аналогов.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

36-44 115
Аннотация

Целью статьи является разработка моделей, позволяющих дать типовое представление структуры, функций микропроцессорных систем управления (МСУ) и получить количественную оценку рисков (отказоустойчивости) автоматизированных систем управления и их основных компонент – МСУ в условиях информационно-технических воздействий (ИТВ). В статье показана актуальность и важность моделей МСУ и оценки рисков функционирования автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) при осуществлении на них различных ИТВ (компьютерных атак). В качестве ИТВ нарушителя рассматриваются аппаратные, аппаратно-программные и программные воздействия, обладающие свойствами блокирования коммуникационных каналов, нарушения доступности и целостности информации, а также целенаправленного и продолжительного информационно-технического воздействия на автоматизированную систему, в том числе, вредоносными программами. Разработанная в статье структурно-функциональная модель микропроцессорной системы управления как основной компоненты системы более высокого уровня – АСУ ТП, образована совокупностью схем и описаний функций. Структурно-функциональная модель включает в свой состав: структуры каналов основного цикла системы управления (считывание данных, обработка, запись выходных значений, а также работа с коммуникационной подсистемой), структурно-функциональную схему МСУ различного типа в зависимости от наличия и уровня использования телекоммуникационного канала в структуре цикла управления, типового паспорта уязвимости МСУ. В схемах подробно описаны типовые функции, порядок работы и информационного взаимодействия модулей МСУ с внешней средой через каналы передачи данных. Модель рисков АСУ ТП и МСУ, как ее части, в условиях воздействий ИТВ описывается показателями, характеризующими условный ущерб и состояние системы управления, при котором она может восстановить свою работоспособность или потребуется внешнее вмешательство, затрагивающее не только саму систему управления, но контролируемый технологический процесс. В качестве показателей, рассмотрены следующие: характеристические точки и параметры функции риска, основанной на распределении Вейбулла-Гнеденко, статистическая оценка защищенности МСУ, функция риска, динамическая оценка риска успешной реализации ИТВ на МСУ. Предполагается, что значения параметров, необходимых для расчета показателей риска и защищенности МСУ получены:

- эмпирически, на основе структурно-параметрического анализа особенностей построения, динамики функционирования и уязвимостей МСУ;

 - в рамках имитационного моделирования МСУ как абонентов вычислительных сетей в условиях ИТВ на стендовом полигоне;

 - экспериментально на основании частоты успешно реализованных угроз ИТВ, а также показатели защищенности экстраполируются на весь жизненный цикл МСУ посредством введения динамической поправки, основанной на функции риска с использованием распределения Вейбулла-Гнеденко.

В выводе отмечается, что разработанная методика оценки защищенности МСУ в условиях ИТВ позволяет оценить риски успешной реализации нарушителем вредоносного воздействия на МСУ и АСУ ТП в целом, что создает предпосылки для своевременного устранения уязвимостей в МСУ и принятия дополнительных организационно-технических мер по повышению уровня информационной безопасности автоматизированных систем управления.

45-50 129
Аннотация

Цель. Широчайшая распространённость различных видов деятельности и соответствующих им возможных неблагоприятных исходов породила необычайное многообразие трактовок всего понятийного фонда, связанного с риском, в том числе в нормативных документах. Это обстоятельство входит в противоречие с основной целью стандартизации научно-технической терминологии – установление однозначно понимаемой и непротиворечивой терминологии во всех видах документации, входящей в сферу работ по стандартизации или использующей результаты этих работ. В связи с этим целью статьи является оценка соответствия определений понятия «риск» в комплексе стандартов по менеджменту риска требованиям нормативных документов системы стандартизации РФ и разработка предложений по новой трактовке этого понятия.

Методы. Для обоснования необходимости корректировки существующих определений риска и выработки определения, отвечающего всем требованиям нормативных документов системы стандартизации РФ, использовались методы терминологического, логикосемантического и системного анализа.

Результаты. Проведен анализ соответствия существующих определений термина «риск» требованиям системы стандартизации РФ, который показал, что они далеко не в полной мере соответствуют этим требованиям, а поэтому трактовка понятия «риск» нуждается в пересмотре. Обоснована целесообразность трактовки риска как одного из свойств качества решения, принимаемого в ситуации с неопределёнными исходами. Это свойство характеризует возможность и последствия недостижения целей человеческой деятельности в ситуации принятия решения о выборе дальнейших действий в условиях неопределённости. Исходя из этого дано следующее новое определение термина риск: риск (рискованность) – это одно из свойств качества решения, принимаемого в ситуации с неопределёнными исходами, характеризующее возможность и последствия недостижения поставленных целей. Рассмотрены преимущества предложенной трактовки риска перед существующими определениями.

Выводы. Предложено и обосновано новое определение термина «риск», которое может рассматриваться как предпочтительное по отношению к существующим вариантам. Предложенное определение базируется на важнейших для теории и практики управления понятиях «свойство», «качество», «решение», «ситуация», «цели», которые входят в число базовых категорий человеческого познания. На этой основе возникает возможность использования как уже существующих количественных характеристик риска, так и расширения аппарата обоснованных характеристик риска, в том числе заимствованных из арсенала средств оценки интенсивности проявления свойств различных объектов, принятых в других областях науки. Показаны такие особенности предложенной трактовки риска как комплексность, ситуативность и целевая ориентация. Комплексность и целевой характер риска обусловливают необходимость рассмотрения реальных возможностей достижения требуемых характеристик безопасности, результативности, ресурсоемкости и своевременности достижения поставленных целей деятельности. Ситуативный характер риска как свойства решения в конкретной ситуации влечет за собой необходимость рассмотрения всего множества соответствующих атрибутов ситуации, от которых они зависят: состава объектов и субъектов человеческой деятельности, а также условий и обстоятельств, создающих определенные отношения между ними. Подобный подход существенно повышает достоверность выявления перечня и природы факторов, влияющих на риск и, следовательно, расширяет возможности выбора средств и методов управления им.

СООБЩЕНИЕ

51-55 81
Аннотация

Ввиду специфики работы транспорт сам по себе является потенциальным источником опасности. А если вторгнуться в его сферу незаконными, агрессивными действиями, опасность становится реальной, грозящей тяжелейшими последствиями. Статистика последних 10–15 лет показывает, что от 50 до 70% совершаемых террористических актов связано с транспортом. Какими–то отдельными мерами обеспечить транспортную безопасность невозможно. К этой проблеме надо подходить комплексно и системно. От обеспечения транспортной безопасности существенно зависит национальная безопасность Российской Федерации. Федеральный закон «О транспортной безопасности» от 9 февраля 2007 г. № 16-ФЗ впервые в отечественной практике поставил вопрос об обеспечении безопасности всей транспортной отрасли Российской Федерации, установил правовые основы деятельности по обеспечению безопасности объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств от актов незаконного вмешательства, в том числе террористической направленности. Впервые предусматривается единый для всех видов транспорта системный подход к антитеррористической защите. Транспорт – весьма уязвимый объект для террористических атак. Имеются в виду сами транспортные средства, транспортные коммуникации, помещения вокзалов, транспортные средства с опасными грузами. Уязвимость транспорта связана с возможностью повреждения средств сигнализации, устройств автоматики и связи, охрана которых с учетом масштабов и протяженности, железных дорог РФ затруднена. Несмотря на проблемные вопросы и объективные трудности в законодательных вопросах при реализации мер по обеспечению транспортной безопасности, работники железных дорог РФ прилагают усилия для обеспечения защищенности объектов транспортной инфраструктуры (ОТИ) и транспортных средств (ТС) от актов незаконного вмешательства. Незамедлительно реагируя на другие вызовы и угрозы, обеспечивают надежное функционирование работы транспортного комплекса, сохраняя тем самым спокойствие и безопасность наших граждан. В данной статье рассмотрены вопросы эффективной системы безопасности ОТИ. Большая роль отводится системам, позволяющим зафиксировать факт проникновения посторонних лиц в охраняемую зону объекта.



ISSN 1729-2646 (Print)
ISSN 2500-3909 (Online)