Модели и алгоритмы оценки надежности автоматизированных систем управления пожаровзрывобезопасностью промышленных предприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Любавский, Алексей Юрьевич

• Любавский, Алексей Юрьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Любавский, Алексей Юрьевич

Содержание

Введение 4 Глава 1. Анализ проблемы обеспечения надёжности функционирования

АСУ

1.1 Проблемы надежности автоматизированных систем управления Ю

1.1.1. Основные понятия АСУ

1.1.2. Классификация отказов объектов АСУ

1.2. Обзор общих методов оценки надёжности АСУ

1.2.1. Экспоненциальное распределение

1.2.2. Распределение Пуассона

1.2.3. Усеченное нормальное распределение

1.2.4. Гамма распределение

1.2.5. Распределение Вейбулла

1.2.6. Логарифмически нормальное распределение

1.2.7. Логико-вероятностный метод расчета надежности АСУ ТП

1.3. Метод оценки надежности программного обеспечения АСУ

1.3.1. Время эксплуатации ПО

1.3.2. Оценка безотказности ПО по наработке

1.3.3. Оценка надежности ПО методом построения графов

1.3.4. Оценка надежности ПО, исходя из метода последовательных 44 испытаний Бернулли

Выводы по первой главе 46 Глава 2. Оценка надежности функционирования вычислительных систем в АСУ ПВБ

2.1. Факторы, влияющие на надежность функционирования СВТ

2.2. Оценка надежности СВТ с применением распределения Вейбул- 52 ла

2.2.1. Оценка наработки на отказ методом распределения Вейбулла

2.2.2. Практическое применение распределения Вейбулла для решения задачи обеспечения надежности СВТ

2.2.3. Расчет наработки на отказ с использованием компьютерного моделирования

2.2.4. Корректировка расчетов при функционирования устройств в реальных условиях

2.3. Оценка надежности СВТ АСУ ПВБ в текущем отрезке времени

2.3.1. Модель оценки и повышения надежности вычислительной системы АСУ ПВБ

2.3.2. Алгоритмы прогнозирования отказов СВТ АСУ ПВБ по аддитивно-мультипликативной модели 63 2.3.3 Прогнозирование по мультипликативной модели

2.3. Модель оценки и повышения надежности СВТ АСУ ПВБ

2.4. Метод и алгоритмы оценки надежности СВТ АСУ ПВБ 77 Выводы по второй главе 79 Глава 3.Научно-технические основы создания автоматизированной системы управления взрывопожарозащитой АСУ ПВБ

3.1. Проблемы качества, надежности и безопасности СВТ

3.2. Вероятностно-физическая модель надежности изделий

3.2.1. Анализ результатов исследований электроприборов и радиоэлектронной аппаратуры

3.3. Практическая реализация вероятностно-физической модели для

диагностики состояния СВТ АСУ ПВБ

3.3.1. Техническая реализация модуля диагностики СВТ АСУ ПВБ

3.3.2. Принципы работы ТЭЗ для АСУ ПВБ 96 Выводы по третьей главе 98 Глава 4 Автоматизированная система диагностики и прогнозирования отказов СВТ АСУ

4.1. Особенности функционирования модели оценки надежности и

прогнозирования отказов СВТ верхнего уровня АСУ ПВБ

4.2. Реализация обработки результатов, полученных в вероятностно

физической модели оценки надежности СВТ АСУ ПВБ

4.3. Реализация базы данных хранения и обработки информации

4.4. Обоснование полученной модели

Выводы по четвертой главе

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Приложение 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы оценки надежности автоматизированных систем управления пожаровзрывобезопасностью промышленных предприятий»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и степень научной проработки темы исследования.

В настоящее время происходит изменение приоритетов в сфере обеспечения безопасности. Ведущим направлением, наряду с защитой жизни и имущества, является обеспечение стабильной устойчивости функционирования объектов на основе защиты материальных и нематериальных активов, рационализации инвестиций, управления рисками и пр. Практика показала, что решение данных вопросов невозможно без устойчивого развития автоматизированных систем безопасности как необходимого инструментария, в том числе использования профильных информационных систем и технологий.

Особым классом выступают отрасли промышленности, где широко используются автоматизированные системы управления (АСУ). Наиболее опасными считаются пожаровзрывоопасные (ПВО) объекты. Эти системы позволяют производить контроль, анализ и сбор информации, оперативно принимать и выдавать варианты необходимых решений. Тем не менее, АСУ, обеспечивающие пожаровзрывобезопасность (ПВБ), обязаны отвечать повышенным требованиям надежности. Проблема обусловлена тем, что существующие в АСУ средства вычислительной техники (СВТ), имеют технический ресурс и гарантийный срок работы СВТ установленный изготовителем на стадии постановки СВТ на производство расчетным путем, а наработка на отказ подтверждается специальными испытаниями определенной выборки СВТ на надежность (наработку на отказ и/или долговечность).

Однако используемые методы, испытательные приборы и стенды, в т.ч. ускоренные и форсированные, не могут обеспечить всего многообразия фактических эксплуатационных условий, в которые «попадают» СВТ на объектах автоматизации, в связи с чем, все имеющиеся «паспортные данные» являются приближенными. Поэтому на объектах и в технологических процессах повышенной опасности применяется резервирование (дублирование, троирование и т.д.) и профилактические «остановы» для ремонта или замены

блоков и устройств, чтобы избежать аварий, взрывов и пожаров, из-за «внезапного» отказа СВТ.

С другой стороны, от своевременной и корректной обработки устройствами поступающей в отрезке реального времени информации зависит работоспособность и надежность узлов АСУ ПВБ в целом. Таким образом, актуальность исследования обусловлена несовершенством существующего инструментария диагностики отказов СВТ, обработки потоковых данных системой диагностики состояния управляемых узлов систем безопасности АСУ ПВБ.

Указанные обстоятельства вызывают необходимость создания, как моделей, так и средств диагностики состояния СВТ, на предмет получения характеристик, которые позволят получить достаточную информацию о состоянии СВТ и обеспечат тем самым возможность прогнозирования отказов и безопасной эксплуатации СВТ на объектах с АСУ ПВБ.

Таким образом, возникает научная задача разработки средств диагностики состояния СВТ, а также разработка моделей и алгоритмов оценки состояния СВТ в режиме реального времени, путем, синхронизации и автоматизации необходимых методов и средств в единый диагностический комплекс.

Анализ ретроспективы развития предметной области показывает, что исследованию надежности АСУ, а также испытаниям их долговечности, устойчивости, старения и безопасности, посвящено огромное количество работ, как в России, так и за рубежом.

В работах имеются научные предпосылки для решения обозначенных задач. Однако до настоящего времени существующие подходы к решению данной проблемы позволяют оценить надежность функционирования всей автоматизированной системы, опираясь на статистический подход к оценке надежности в совокупности с классическими законами распределения. Как правило, закладывая показатели надежности на стадии проектирования АСУ.

Объектом исследования диссертационной работы -методы и средства оценки ресурса СВТ в АСУ ПВБ.

Предметом исследования являются -модели и алгоритмы оценки надежности функционирования узлов АСУ ПВБ, а также методы сокращения времени обработки информации при формировании решения в1 условиях снижения производительности системы.

Целью исследования является - разработка алгоритмов диагностирования и прогнозирования отказов систем контроля АСУ ПВБ с учетом комплексной оценки надежности узлов микропроцессорных систем.

Для достижения поставленной цели в процессе исследования сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать структуру, организацию, особенности построения и функционирования АСУ ПВБ объектов.

2. Определить рациональные методы оценки надежности, а также математические модели для решения поставленных в работе задач.

3. Разработать модель и алгоритмы системы определения работоспособности и поддержки при оценке и распределении вычислительных ресурсов, способной функционировать в условиях отказа одной или нескольких СВТ с возможностью выработки вариантов решения по внесению модификаций или изменений.

4. Разработать модель и алгоритмы диагностирования состояния СВТ, позволяющие прогнозировать возможные отказы.

Методы исследования. В качестве теоретической базы исследования выбраны вероятностно-физические модели надежности и безопасности радиоприборов, двухпараметрическое семейство абсолютно-непрерывных распределений, метод анализа временных рядов по аддитивной и мультипликативной модели, методы алгоритмизации и структурного программирования.

Научная новизна диссертации заключается в том, что впервые:

- разработан метод оценки надежности функционирования СВТ АСУ ПВБ объектов;

- разработана модель и алгоритмы функционирования системы мониторинга состояния СВТ АСУ ПВБ объекта, позволяющей производить оценку работоспособности ключевых узлов СВТ с последующим распределением вычислительных ресурсов при отказе одного из узлов;

- разработаны алгоритмы оценки работоспособности СВТ с возможностью прогнозирования отказов по выбранным критериям оценки надежности системы.

Практическая значимость работы определяются способностью предлагаемой модели предоставлять лицу, принимающему решение, необходимую и достаточную информацию о состоянии СВТ АСУ ПВБ. На основании предлагаемых алгоритмов система позволит помимо прогнозирования отказов СВТ выдавать предложения по текущему ремонту и обслуживанию АСУ ПВБ объектов, оперативно перераспределять вычислительные ресурсы, тем самым повышая надежность и отказоустойчивость.

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Академии Государственной противопожарной службы МЧС России в период 2010-2015 гг. На базе полученных результатов разработана модель и система поддержки и оценки надежности функционирования АСУ ПВБ объектов.

Достоверность полученных результатов определяется практическим внедрением и применением апробированных моделей, использованием материалов результатов диссертационной работы в организациях:

- ФГБОУ ВПО Академия ГПС МЧС России в учебном процессе при изучении дисциплин «Информационные технологии и вычислительная техника», «ЭВМ и периферийные устройства», «Информационные технологии»,

- ОАО «Воронежсинтезкаучук» в комплексе технических решений по совершенствованию АСУ ТП на объекте,

Практическое применение результатов исследования подтверждается актами внедрения.

Апробация. Материалы работ и научные результаты, полученные в диссертационном исследовании, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры ИТ УНК АСИТ, а также на:

— 20, 21, 22 и 24 международных научно-технических конференциях «Системы безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2011-2015 гг.).

— XIV международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, Воронежский государственный университет, 2014 г.).

— III, IV международных научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014, 2015 гг.).

— XVII международной научно-практической конференции «Техно-сферная безопасность, надежность, качество и энергосбережение» (Новоми-хайловский 2015г.)

— научно-технических семинарах учебно-научного комплекса автоматизированных систем и информационных технологий Академии Государственной противопожарной службы МЧС России (2010-2015 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 1 коллективная монография и 4 публикации в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК России.

Личный вклад автора. В совместных публикациях основные результаты, связанные с разработкой модели и алгоритмов оценки надежности микропроцессорных подсистем АСУ ПВБ объектов, получены автором самостоятельно, в совместных работах автор принимал участие в построении алгоритмов и их программировании.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы:

1. При выполнении НИР «Методика оценки надёжности интегрированных автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности».

2. При проведении работ в ОАО «Воронежсинтезкаучук» в комплексе технических решений по совершенствованию АСУ ТП на объекте.

На защиту выносятся:

- метод оценки надежности функционирования СВТ АСУ ПВБ объектов;

- алгоритмы оценки надежности и оценки отказов СВТ, алгоритм выработки решения по ремонту и техническому обслуживанию СВТ АСУ ПВБ;

- модель системы мониторинга состояния СВТ АСУ ПВБ объектов с возможностью поддержки принятия решения по ремонтным и профилактическим мероприятиям для повышения эффективности и быстродействия обработки информационных потоков;

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (119 наименований) и приложений. Общий объем диссертации 126 страниц. Работа содержит 25 рисунков, 15 таблиц.

Глава 1. Анализ проблемы обеспечения функционирования автоматизированных систем управления

1.1. Проблемы надежности автоматизированных систем управления

Обеспечение надежности и безопасности СВТ в период эксплуатации в составе различных АСУ является важнейшей задачей, особенно для объектов повышенной опасности (атомные электростанции (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС),нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) и др.).

Как следует из проведенного анализа, типовая двухуровневая АСУ ТП (рис.1) состоит [1,45,49,84]:

- из системы, предназначенной для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления supervisory control and data acquisition (SCADA).

- из операторской рабочей станции (ОРС), необходимой для отображения состояния технологического процесса в виде мнемосхем, отображения аварийных ситуаций с помощью световой и звуковой сигнализаций и изменения задания или установок работы системы АСУ ТП;

- из инженерной рабочей станции (ИРС), необходимой для программирования контроллеров и создания проекта SCADA системы для АСУ ТП;

- из вычислительной рабочей станции (ВРС), необходимой для выполнения сложных математических операций (задачи оптимизации и адаптации, получения и анализа спектров, Фурье-обработка);

- из сервера базы данных (БД), который осуществляет передачу данных о состоянии технологического процесса на более высокие уровни автоматизации, и необходим, для хранения архивной информации (протокол событий в системе), аварийных ситуаций, изменения режимных параметров во времени;

- из сервера человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) или Human machine interface (HMI), который необходим в том случае, когда отображение одной и той же мнемосхемы необходимо осуществить на нескольких рабочих станциях (в этом случае сервер HMI формирует видеокадры и передает их на дисплеи рабочих станций, что позволяет использовать PC малой мощности).

В «не больших» АСУТП функции всех рабочих станций и серверов на «верхнем уровне» объединяют, как правило, на одном компьютере.

Нижний уровень АСУТП (ПЛК и УСО-устройства связи с объектом), через собственные полевые шины (ПШ) подключается к локальной сети, которая работает по специальному протоколу обмена данными, опрашивая ПЛК и УСО.

Рис. 1. Схема стандартной двухуровневой АСУ ТП

В последние годы практически в каждой отрасли большое внимание уделяется вопросам автоматизации систем управления [45,46]. Внедрение в практику сложных технических систем, таких, например, как 8САБА-системы, БСЗ-системы, других современных средств и систем автоматики, с одной стороны, привело к качественному изменению информационного, программного и аппаратного обеспечения автоматизированного управления, а с другой стороны, требует разработки адекватных методов анализа их надеж-

ности, так как отказ отдельных узлов системы существенно влияет на качество и количество выпускаемой продукции.

Одним из основных вопросов при анализе надежности сложных технических систем является математическое моделирование функционирования систем, разработка формализованных методов и алгоритмов расчета, и, на их основе, анализ и прогнозирование показателей надежности. Трудность решения задачи анализа надежности АСУ ТП обусловлена отсутствием универсальных методов, учитывающих сложность системы и ее особенности, такие, например, как произвольные законы распределения времени безотказной работы и восстановления элементов (блоков и узлов). Поэтому разработка методов, алгоритмов и программ анализа и расчета надежности сложных технических систем является важной практической задачей.

С первых шагов развития техники стояла задача сделать техническое устройство таким, чтобы оно работало надежно. Текущее столетие ознаменовалось новым качественным скачком в развитии техники - широким распространением больших и малых АСУ различного назначения. Создание и использование такой техники без специальных мер по обеспечению ее надежности не имеет смысла. Опасность заключается не только в том, что новая сложная техника не будет работать (будут возникать простои), но главным образом в том, что отказ в ее работе, в том числе и неправильная работа, может привести к катастрофическим последствиям.

Очевидно, что новые АСУ, выполняющие ответственные функции, имеют право на существование только тогда, когда они надежны. Рост значения проблемы надежности связано с некоторыми особенностями развития современной техники. Во-первых, существует стремление к подробному планированию хода производственных процессов, которые становятся все более сложными. Во-вторых, автоматизация все больше распространяется на различные вспомогательные процессы. А в-третьих, и это главное -автоматизированные системы выполняют все более ответственные задачи.

Таким образом, анализируя развитие АСУ ТП и особенности построения их структур, сформулируем основные причины возникновения проблем их надежности:

- рост сложности системы превышает рост надежности элементов в этой системе;

- государственные стандарты [31-36] предлагают неадекватные эксплуатационным условиям методы расчета параметров надежности и только на стадии проектирования;

- функции, которые реализуют АСУТП, как правило, включают в себя процессы защиты от отказов и аварий, в связи с чем, их собственный отказ может дорого обойтись;

- исключение человека-оператора из процесса управления в АСУТП, обусловленное скоротечностью процессов, либо вредными условиями труда;

- резкое усложнение приборов и оборудования объектов управления в АСУТП, требующее верификации измерений и управляющих воздействий.

1.1.1. Основные понятия АСУ

Теоретические основы надежности различных систем управления (ручных, автоматических и автоматизированных) разработаны ещё в прошлом столетии.

Любые технологические объекты требуют системы управления (СУ), которые делятся на ручные (без применения технических средств), автоматизированные (с участием человека) и автоматические (без участия человека).

Для классификации автоматизированных систем управления (АСУ) различают 2 уровня автоматизации[23]:

•с малой насыщенностью техническими средствами;

•системы, в которых человеку отведены второстепенные операции.

АСУ разделяются по сложности, и проводится четкая грань между АСУ и собственно управляемыми технологическими объектами (ТО).

Совокупность ТО и АСУ будем называть автоматизированным технологическим комплексом (АТК).

АСУ, используемые в промышленности, делятся на 2 группы:

• автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП);

• автоматизированные системы управления предприятием (АСУП).

Создаются также интегрированные АСУ (ИАСУ), которые включают в

себя и непосредственное управление технологическим процессом, и систему управления предприятием.

Рассмотрим величины, характеризующие надежность АСУ.

Работоспособность - есть состояние изделия, в котором оно способно выполнять возложенные на него функции, а его функциональные параметры находятся в заданных пределах.

Отказ изделия можно определить как выход за заданные пределы хотя бы одного из функциональных параметров изделия.

Если функциональные параметры то условия работоспособ-

ности изделия можно считать:

Ziн <г,-<г/в ,где 1 = 1,2,...,п (1)

ДциДв-соотвстственно нижняя и верхняя граница допуска на /-й функциональный параметр.

XI, Х2,..., Хдг/ у1, у2, --., у 1 к>

2/= <Р1(Х1, х2,...,хм; >'/, У1к), где1 = 1,2,...,п (2)

ЧЧ(хь Х2,..., хы; у1, У2у, У1к)=

(р1(х,, х2,- , хм; у,, у2>.• •» У1к)= ¿¡в (3)

Приведенные уравнения определяют в функциональном пространстве изделия 2п поверхностей - поверхности ограничивают некоторую область И, все точки которой удовлетворяют совокупности неравенств, которая формирует области устойчивости.

1.1.2. Классификация отказов объектов АСУ

Классификация объектов по показателям и методам оценки надежности приведена ниже (рис. 2). Объекты работают до первого отказа. Для оценки надежности подобных объектов используют вероятностные характеристики случайной величины - наработки до отказа Т. Под наработкой понимают продолжительность или объем работы объекта, измеряемые в часах, километрах, циклах и т.д.

Рис.2. Классификация объектов по показателям и методам оценки надежности

Полной характеристикой любой случайной величины является ее закон распределения, т.е. соотношение между возможными значениями случайной величины и соответствующими этим значениям [84,89-92] вероятностями.

К числу показателей надежности относятся:

- функция надежности р(0;

- плотность распределения наработки до отказа/(0;

- интенсивность отказов /(/)•

Функцией надежности называют функцию, выражающую вероятность того, что Т — случайная наработка до отказа объектов - будет больше заданной наработки (0,0, отсчитываемой от начала эксплуатации, т.е.:

р(0 = P{Tit}

(4)

Перечислим некоторые очевидные свойства /?(?):

-/?(0)=1, т.е. можно рассматривать безотказную работу лишь тех объектов, которые были работоспособны в момент включения;

- /?(0 является монотонно убывающей функцией заданной наработки /;

- />(0=0 при Н-/, т.е. любой объект со временем откажет. Наряду с /?(0 используется функция ненадежности:

Она характеризует вероятность отказа объекта на интервале (0,0-Функция ненадежности является функцией распределения случайной величины Г; эта функция иногда обозначается F(t).

На Рис.3, приведены графики одного из вариантов возможных функций надежности P(t) и отказов ¡2(0:

q(t) = l-p(t)=P{T<t}

(5)

p.q

t(H)

Рис.3. График функции надежности P(t)

Во многих задачах в качестве показателя надежности используется вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникает отказа объекта. При этом обычно имеют в виду условную вероятность p(ti,t2) безотказной работы в течение наработки от t\ до t2 при условии, что при t\ объект был работоспособным. Эту условную вероятность можно определить по функции надежности.

Рассмотрим два интервала (0,ii) и (ti,t2)- Событие, состоящее в безотказной работе в течение интервала (0,i2), является совмещением двух событий:

— объект безотказно работал на интервале (0,/i);

— оставшись работоспособным к моменту t\ объект безотказно проработал на интервале (t\,t2).

Поэтому, согласно правилу умножения вероятностей:

p(h)=p(ti)p(tht2) (6)

следовательно,

p(t1,t2)=p(t2)/p(ti) (7)

Таким образом, условная вероятность безотказной работы на интервале (ti,t2) равна отношению значений функции надежности в начале и конце интервала.

Для малых интервалов времени значения p(t\,t2) будут близкими к единице. Поэтому наряду с p(t) используются и другие показатели надежности, например, плотность распределения наработки до отказа:

= (8)

1 v ' dt dt v '

Плотность распределения наработки до отказа fit) является дифференциальной формой закона распределения наработки до отказа. Плотность fit) является неотрицательной функцией причем:

J0°°/(t)dt = l (9)

В соответствии с Рис.3, функция надежности и функция ненадежности связаны с ДО соотношениями:

p(t) = 1 - f*f(x)dx = Jt°°/Шх; (Ю)

q(t) = f*f(x)dx (11)

Величина f(t)dt характеризует вероятность отказа за интервал наработки (t,t+dt) объекта, взятого наугад из множества одинаковых объектов. При этом неизвестно, работоспособен ли этот объект к началу интервала (т.е. в момент 0 или отказал ранее. Это не всегда удобно, поэтому на практике чаще применяют интенсивность отказов l(t) - условную плотность вероятности возникновения отказа неремонтируемого объекта, при условии, что до этой наработки отказ не возник.

Условную вероятность отказа объекта в течение наработки (t,t+dt) в предположении его безотказной работы до момента t обычно выражают формулой, отказавшие объекты к моменту t из рассмотрения исключаются.

Причем:

ffl-Л

Решение уравнения при начальном условии р(0)=1 дает для функции надежности формулу:

рСО = ейAWd* = ехр [- Slx(x)dx\ (13)

При l=const формула существенно упрощается:

p(t)=exp(-l(t) l(t)) (14)

В качестве показателей надежности неремонтируемых изделий применяют также числовые характеристики случайной наработки до отказа. Параметры обычно легче определить по экспериментальным данным, чем МОЛОДО- Наиболее часто используют среднюю наработку до отказа (математическое ожидание наработки до отказа).

Однако для АСУ, информационных сетей и вычислительной техники оказалось, что этих понятий для характеристики надежности недостаточно. В практике создания и использования АСУ находят применение дополнительные понятия, без учета которых нельзя в полной мере представить комплексное понятие «надежность». Рассмотрим эти понятия.

Живучесть - свойство объекта сохранять работоспособность (полностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации. Главный смысл требования к живучести объекта состоит не только в том, чтобы он длительное время работал непрерывно без отказа в нормальных условиях эксплуатации, и чтобы его можно было быстро отремонтировать, но также и в том, чтобы он в ненормальных условиях эксплуатации сохранял работоспособность, хотя бы и ограниченную.

Достоверность информации, выдаваемой объектом. При работе вычислительной машины или тракта передачи информации могут отсутствовать отказы. Поэтому объект может обладать высокой безотказностью, хорошей долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью. Однако в нем могут иметь место сбои, искажающие информацию. В изделии «ломается», «портится» не аппаратура, а информация. Это не менее опасная «поломка».

Все вышеприведенные параметры и термины связаны с определенными случайными величинами, имеющими размерность времени.

Т- время безотказной работы.

Гв-время восстановления.

Гд - время до наступления предельного состояния.

Тс - время сохраняемости.

В теории надежности используются следующие формы задания распределения вероятности случайных величин.

Интегральная функция: F(x) - функция надежности;

Дифференциальная: f(x) - время безотказной работы;

Обратная интегральная функция:

С(Х) = 1 - Р(Х)

(15)

Функция интенсивности:

Н(х) = №/б(х)

(16)

В качестве численных показателей:

Гер - среднее время безотказной работы;

Гв ср- среднее время восстановления;

Тр.ср - средний ресурс;

Гс ср - среднее время сохраняемости;

[^в(?фикС)] - вероятность времени восстановления;

[Срафикс)] - вероятность того, что ресурс образца изделия превысит фиксированную величину.

Допустим, что изделия ГПС имеют избыточную структуру, поэтому свойственные им распределения [7] являются простыми и определяются взаимодействием физико-химических процессов, протекающих в элементах и

деталях.

1.2. Обзор общих методов оценки надежности АСУ

В пользу применения простейших законов распределения можно привести много аргументов. Во-первых, для целого ряда компонентов и систем эти законы находят статистическое подтверждение. Кроме того, многие виды распределения с ростом числа компонентов или увеличением времени испытаний аппаратуры асимптотически стремятся к простейшим законам. Наконец, вероятностные показатели чаще всего используются для сравнительной оценки надежности проектируемых систем, и привлечение простых моделей к инженерным расчетам наиболее оправданно.

1.2.1. Экспоненциальное распределение

Экспоненциальный закон распределения,называемый также основным законом надежности[38], часто используют для прогнозирования надежности в период нормальной эксплуатации изделий, когда постепенные отказыеще не проявились и надежность характеризуется внезапными отказами.Эти отказы вызываются неблагоприятным стечением многих обстоятельств и поэтому имеют постоянную интенсивность.Экспоненциальное распределение находит довольно широкое применение в теории массового обслуживания, описывает распределение наработки на отказ сложных изделий, время безотказной работы элементов радиоэлектронной аппаратуры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Любавский, Алексей Юрьевич, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авдуевский B.C. Надежность и эффективность в технике: Справочник: В Ют./Ред. Совет: B.C. Авдуевский (пред.) и др. - М.: Машиностроение.

2. Александровская JI.H. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем: Учебник /Л.Н. Александровская, И.З. Аронов, А.И. Елизаров и др. - М.: Логос, 2001. - 232с.

3. Андреев А.Г., Перегуда А.И. Экспоненциальная оценка показателей долговечности изделия, функционирующего в условиях ударных нагрузок. - ММК, 2004, №12, с.37-41.

4. Антонов A.B., Острейковский В.А. Оценивание характеристик надежности элементов и систем ЯЭУ комбинированными методами. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368с.

5. Анхимюк В.Л. Теория автоматического управления. Учеб. пос. -М.: Дизайн ПРО, 2002 - 352 с.

6. Аппаратные неисправности компьютеров и их проявления [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://it-sektor.ru/apparatnye-neispravnosti-komp-uterov-i-ix-proyavleniya.html.

7. Аронов И.З., Бурдасов Е.И. Оценка надежности по результатам сокращенных испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 184с.

8. Аронов И.З., Шпер В.Л. О гарантийных показателях и показателях надежности. - НКК, 1998, №3, с.54-58.

9. Афифи А., Эйзен С., Статистический анализ : Подход с использ. ЭВМ : Перевод с англ. Ред. М.:Мир, 1982, 488 с.

10. Бабешко Л.О. Основы эконометрического моделирования : учеб. пособие / Л. О. Бабешко. - Изд. 4-е. - М. : КомКнига, 2010. - 428 с.

11. Базовский И. Надежность. Теория и практика. - М.: Мир, 1965. - 376с.

12. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. - М.: Сов. Радио, 1969. -488с.

13. Белозеров В.В., Любавский А.Ю., Белозеров В.В. Диагностика технического и пожаробезопасного ресурса средств вычислительной техники в асу-Современные наукоемкие технологии. 2015. № 7. С. 7-12.

14. Белозеров В.В., Любавский А.Ю., Олейников С.Н. Модели диагностики

надежности и безопасности СВТ и АСУ объектов техносферы // Монография "Модели диагностики и надежности и безопасности СВТ и АСУ объектов техносферы". - М.: "Академия Естествознания", 2015, 130с. ISBN 978-5-91327-357-4,DOI10.17513/np.l33.

15. Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений. -М.: Мир, 1989. - 344с.

16. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1990. - 380с.

17. Буртаев Ю.Ф. Проверка однородности информации о надежности при альтернативе общего вида. - НКК, 1998, №6, с. 16-22.

18. Бутузов С.Ю. Расчётный способ определения времени наработки на отказ накопителей информации быстродействующих АСУ пожаровзрывобезопасно-стью промышленных предприятий. / Бутузов С.Ю., Любавский А.Ю. // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XIX Международной конференции. - Москва: РГГУ, 2011. С.473-477

19. Бутузов С.Ю., Баскаков C.B., Любавский А.Ю. Статистический анализ времени наработки на отказ накопителей информации автоматизированных систем управления. // Вестник Воронежского государственного технического университета. Том 9 - Воронеж: ВГТУ, 2013. С.63-65

20. Бутузов С.Ю., Любавский А.Ю. Оценка времени наработки на отказ накопителей информации автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности. // Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" , Выпуск № 6 (40) -декабрь 2011 г. - Москва: АГПС МЧС России, 2011.

21. Бутузов С.Ю., Любавский А.Ю. Устойчивость функционирования АСУ взрывопожарозащитой промышленных объектов. // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XVII международной конференции. - Москва: РГГУ, 2009. С. 197-198

22. Бутузов С.Ю., Нгуен Туань Ань, Шарабанов C.B. , Любавский А.Ю. Оценка надёжности компьютеров в автоматизированных системах пожарной безопасности. // Сборник тезисов докладов и материалов XIX научно-технической конференции "Системы Безопасности-2010", г. Москва. С.92-94.

23. B.C. Лукьянов, Е.С. Кузнецова Надежность АСОиУ/ Учебное пособие.

ДГТУ, Волгоград 2008. - 68с.

24. Г. Майерс. Надежность программного обеспечения. - М.:Мир, 1980. -359 с.

25. Гербуз В.И. Обеспечение требуемого уровня начальной параметрической надежности изделий. - НКК, 1994, №5, с.47-53.

26. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. - М.: Сов. Радио, 1966. -166с. Михайлов A.B. Эксплуатационные допуски и надежность в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. Радио, 1970. - 216с.

27. Гласс Р. Руководство по надежному программированию. Москва, Финансы и статистика, 1982.

28. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. - М.: Наука, 1965. - 524с.

29. Гнеденко Б.В., Ушаков И.А. О некоторых современных проблемах теории и практики надежности. - "Вестник машиностроения", 1988, №12, с.3-9.

30. ГОСТ 12.1.004 Пожарная безопасность. Общие требования. - М.: Изд.стандартов, 1992. -77с.

31. ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения (с Изменением N 1 )Издательство стандартов. 1979.

32. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль качества продукции М. Издательство стандартов. 1981.

33. ГОСТ 18322-78. Система технического обслуживания и ремонта техники, М. Издательство стандартов. 1978

34. ГОСТ 21623-76. Система технического обслуживания и ремонта техники. Показатели для оценки ремонтопригодности. М. Издательство стандартов 1976.

35. ГОСТ 24.701-86 Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения -М.: Изд-во стандартов, 1990. - 64с.

36. ГОСТ 27.002-89. Надёжность техники. М, Издательство стандартов, 1989.

37. Гродзенский С. Я. Оценка надежности изделий по данным эксплуатации. - ММК, 2002, №8, с.38-40.

38. Гродзенский С.Я. Об универсальных распределениях моментов наступ-

ления отказов элементов систем управления. - ММК, 2001, №12, с.34-37.

39. Громацкий В.А. Байесовская оценка надежности для нормального распределения с параметрами из сопряженного семейства распределений. - НКК, 1997, №5, с.45-50.

40. Груничев A.C. и др. Испытания радиоэлектронной аппаратуры на надежность, М.,Сов.радио,1969.

41. Гук М. "Аппаратные средства IBM PC" Питер Санкт-Петербург 1997.

42. Демидович Н.О. Гармонизация терминологии в области надежности. -ММК, 2002, №10, с.43-47.

43. Демидович И.О. Особенности проверки соответствия опытного распределения теоретическому в задачах надежности. - НКК, 1999, №11, с.29-33.

44. Демидович Н.О. Стандартизация модели отказов. - НКК, 1994, №9, с. 3564.

45. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. 4-е изд., испр.и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1986. - 480с.

46. Елизаров И.А, Мартемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г., Фролов C.B., Технические средства автоматизации. Учебное пособие, 2004. - 126с.

47. Золотухина JI.A. Доверительные интервалы наименьшей длины для параметров показательного двухпараметрического распределения. - Заводская лаборатория, 2000, №11, с.54-57.

48. Каратыгин С. Базы данных: простейшие средства обработки информации системы управления базами данных. - M.: ABF, 2003.-324с.

49. Калядин А.Ю. Методы повышения надежности систем SCADA / Млр компьютерной автоматизации. 2000. - № 1.

50. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. - М.: Мир, 1980. - 606с.

51. Клиот А.Е. Механизм износа и разрушения электрорадиоэлементов под воздействием приложенного потенциала/В сб. Качество и надежность изделий. -М.: "Знание", 1991, с.53-85.

52. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. - М.: Сов. Радио, 1975. - 472с.

53. Комментарии к статье А.Л. Рухина и Х.К. Хсиеха "Обзор советских ра-

бот по надежности". - НКК, 1989, №3, с.3-16.

54. Коновалов Л.В. Роль и приоритетные направления конструкционной надежности машин при современных тенденциях машиностроения. - НКК, 1997, №5, с.3-17; №6, с.3-18.

55. Костерев В.В. Надежность технических систем и управления рисками : учебное пособие. - М.: МИФИ, 2008 - 280 с.

56. Леман М.М. Программы, жизненные циклы и законы эволюции программного обеспечения /ЛГИИЭР. Техника программного обеспечения: Пер. с англ. - М.:Мир, 1980. -Т.68.-Ы9.-С.26-45.

57. Лемешко Б.Ю. и др. К оцениванию параметров надежности по цензури-рованным выборкам. - Заводская лаборатория, 2001, №1, с.52-64.

58. Лемешко Б.Ю. О распределениях статистики и мощности критерия типа % Никулина. - Заводская лаборатория, 2001, №3, с.52-58.

59. Лемешко Б.Ю. Об оценивании параметров распределений и проверке гипотез по цензурированным выборкам. - НКК, 2001, №4, с.32-38.

60. Лемешко Б.Ю., Постовалов С.Н. О правилах проверки согласия опытного распределения с теоретическим. - НКК, 1999, №11, с.34-43.

61. Липаев В.В. Документирование и управление конфигурацией программных средств. М.: СИНТЕГ. 1998.

62. Липаев В.В. Надежность программного обеспечения АСУ. -М.: Энерго-издат, 1981.

63. Липаев В.В. Отладка сложных программ. - М.:Энергоатомиздат, 1993.

64. Липаев В.В. Программно-технологическая безопасность информационных систем. М.: Изд.МИФИ.1997.

65. Липаев В.В., Потапов А.И. Оценка затрат на разработку программных средств. - М.: Финансы и статистика, 1988.

66. Липаев В.В., Филинов Е.Н. Мобильность программ и данных в открытых информационных системах. М.: РФФИ. 1997.

67. Ллойд Д.К., Липов М. Надежность. Организация, исследования, методы, математический аппарат. - М.: Сов. Радио, 1964. - 688с.

68. Лонгботтом Р. Надежность вычислительных систем: Пер. с англ. /Под ред. П.П. Пархоменко. М.: Энергоатомиздат, 1985

69. Любавский А. Ю. Метод оценки наработки на отказ микропроцессорных устройств / Материалы XIV Международной научно-методической конференции, Воронеж, 6-8 февраля 2014 г.: в 4 т. / Воронежский государственный университет. -Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2014. С.278-279

70. Любавский А.Ю. Модель комплексной оценки надежности вычислительных систем / Материалы 4-й международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы техносферной безопасности-2015". - М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. С 277-279.

71. Любавский А.Ю. О применении методов эконометрики для комплексной оценки надежности вычислительных систем. // Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" , Выпуск № 1 (59) - январь 2015 г. - Москва: АГПС МЧС России, 2015.

72. Любавский А.Ю. Оценка наработки на отказ микропроцессорных систем, по средствам двухпараметрического семейства абсолютно непрерывных распределений / Материалы 3-й международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы техносферной безопасности-2014". -М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. С. 460-463

73. Любавский А.Ю. Термоэлектрозонд для системы диагностики ресурса в средствах вычислительной техники - заявка на полезную модель № 2015142135.

74. Макарова II. В., Матвеева Л. А., Бройдо В. Л. Информатика. Учебник. -М.: Финансы и статистика, 1999.-541с.

75. Маршалл В. Основные опасности химических производств. -М.: Мир, 1989, -672 с.

76. Методика оценки пожарной опасности растровых дисплеев СМ-7238 /отчет о НИР № 3014 от 15.05.1990- Винница: ПО "Терминал", 1992. -140с

77. Методика оценки пожарной опасности компьютеров СМ - 1810 /Белозеров В.В. и др./ - Орел: ПО "Орловский завод УВМ" Минприбора СССР (совместно с ВНИИПО, ВИПТШ МВД СССР и НИИ физики РГУ), 1990 - 165с.

78. Методика оценки пожарной опасности ЭВМ типа СМ-1700/Белозеров В.В. и др./-Литва, Вильнюс: ЛПО "Сигма" (ВНИИПО, ВИПТШ МВД и НИИ Физики РГУ), 1993. -43с.

79. Методика оценки надежности и пожарной опасности программно-

технических комплексов "УНИКОНТ". - Украина, Северодонецк: НПО "Квантор", (ВНИИПО и МИПБ МВД РФ и НИИФ РГУ, 1995.-210с.

80. Методика оценки надежности и пожарной опасности смесителя электромагнитного СЛЭП-1. - Москва: ГП "Центр МНТП" (ВНИИПО, МИПБ МВД РФ и НИИ Физики РГУ), 1999. -65с.

81. Методика оценки надежности и пожарной опасности холодильника термоэлектрического ХТ-25. - Москва: ГП "Центр МНТП" (ВНИИПО, МИПБ МВД РФ и НИИ Физики РГУ), 1997. -66с.

82. Модульные системы безопасности электроприборов /Белозеров В.В. и др. - Технологии техносферной безопасности": Интернет-журнал. - Вып. 4. -2005. -3 с. -http://ipb.mos.ru/ttb/.

83. Мирцхулава Ц.Е. Об одном подходе прогноза старения и надежности плотин. - ММК,2000, №6, с.37-40.

84. Надежность технических систем: Справочник. - Под ред. И.А. Ушакова. -М.: Радио и связь, 1985. - 608с.

85. Основные причины поломок устройств системного блока [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://userwords.ru/osnovnyie-prichinyi-poIomok-ustroystv-s/.

86. Острейковский В.А. Старение и прогнозирование ресурса оборудования атомных станций. - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 288с.

87. Острейковский В.А. Теория надежности. - М.: Высшая школа, 2003. -463с.

88. Переверзев Е.С. Надежность и испытания технических систем. - Киев, Наук, думка, 1990. - 328с.

89. Плескач Н.В., Марков С.К., Макаров В.Н. Промышленные контроллеры для распределенных систем серии КОНТРАСТ // Промышленные АСУ и контроллеры. 1999. № 2.

90. Попов Э.В., Фоминых И.Б., Кисель Е.Б., Шапот М.Д. Статические и динамические экспертные системы. Учеб. пособие - М.: Финанс

91. Проников A.C. Параметрическая надежность машин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 560с.

92. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными система-

ми., 1980. - 234с.

93. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. -М.: Политехника, 2000. - 248с.

94. Савчук В.Л., Гайдученко П.А. Опыт применения метода бутстреп для оценивания коэффициента безопасности при расчете конструкций на прочность. -НКК, 1988, №8.

95. Савчук В.П. Байесовские методы статистического оценивания: Надежность технических объектов. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 328с.

96. Скрипник В.М. и др. Анализ надежности технических систем по цензу-рированным выборкам. - М.: Радио и связь, 1988. - 184с.

97. Смирнов Д.Н. Автоматическое регулирование процессов. -М 1974.

98. Справочник по надежности/Под ред. Левина Б.Р. (в 3-х т.). - М.: Мир, 1969, 1970.

99. Танклевский Л.Т. Разработка теоретических основ, методов и технических средств повышения эффективности автоматических систем обнаружения пожара. Дисс. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук. -М.: ВИПТШ МВД РФ, 1995.

100. Технико-экономическое обоснование локальной автоматизированной системы противопожарной защиты средств вычислительной техники кольской АЭС /отчет о НИР № 6124/6 от 01.04.1993- Кольская Атомная станция, 1993. -65с.

101. Ушаков И. А. Надежность: прошлое, настоящее, будущее. - ММК, 2001, №5, с.21-25; №6, с.29-32.

102. Фундаментальные проблемы теории точности. Коллектив авторов. -СПб, Наука, 2001. - 504с.

103. Харченко, Н. М. Экономическая статистика: учебник / Н. М. Харченко. -Москва: Дашков и К°, 2008. - 365 с.

104. Хаушильд В., Мош В. Статистика для электротехников в приложении к технике высоких напряжений. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 312с.

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

106. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. - М.: Наука, 1979. -416с.

107. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надеж-

ности. - М.: Сов. Радио, 1962. - 552с.

108. Шпер B.JT. О стандартизации модели отказов. - НКК, 1997, №10, с. 40-48.

109. Abernethy, Dr. Robert В., The New Weibull handbook, Second Edition, ав-торскоеиздание, 1996.

110. Avertin F. et al. Reliability of IGBT-Modules for Traction Applications. -Power Electronics Europe, 2001, #7, pp. 15-19.

111. Huei-Yaw Ke. A Bayesian/Classical Approach to Reliability Demonstration. -Quality Engineering, 2000, #12(3), pp.365-370.

112. Januszewski St. et al. Semiconductor Device Failures in Power Converter Service Conditions. - EPE Journal, 1998, #3-4, pp. 12-17.

113. Lai C.D., Min Xie, Murthy D.N.P. A modified Weibull distribution. - IEEE Transactions on reliability, 2003, #1, pp.33-37.

114. Lawless J.F. Statistical Models and Methods for Lifetime Data. - N.Y., John Wiley & Sons, Inc.,1982. - 583P.

115. Mann N.R., Shaler R.E and Singpurwalla N.D. Methods for Statistical Analysis of Reliability and Lifetime Data. - N.Y., John Wiley & Sons, Inc., 1974.

116. Martin P.L. Analyzing Semiconductor Failure. www.qualitydigest.com/dec99/html/semiconductor.html

117. Merrick, J.W., et al. A Bayesian Semiparametric Analysis of the Reliability and Maintenance of Machine Tools. - Technometrics, 2003, No. 1, pp. 58-69.

118. Nelson, Wayne, Applied Life Data Analysis - John Wiley & Sons, Inc, - 1982. - 684 P. ISBN: 9780471094586.

119. Haseeb Ahmad Khan A Visual Basic Software for Computing Fisher's Exact Probability // Journal of Statistical Software, 2003