ДЕЛЬТА-СИ

                АРБИТР

                                       

Проблемы обеспечения показателей надежности при проектировании автоматизированных систем управления технологическими процессами

М.С. Скворцов

   Обсуждаются проблемы обеспечения показателей надежности в процессе проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами и конкретные подходы к их решению. Показана целесообразность применения программного комплекса ПК АСМ, основанного на общем логико-вероятностном методе, для выбора проектных технических решений и их технико-экономического обоснования на ранних стадиях проектирования.
   В настоящее время одним из главных требований наряду с другими, предъявляемым к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУТП), является их надежность. Высокие требования к безопасности АСУТП нефтеперерабатывающих производств, необходимость обеспечения длительных времен безотказной работы автоматизированных систем управления (АСУ) непрерывными и чувствительными к прерыванию технологического цикла процессами требуют от разработчика расчета показателей надежности разработанной АСУ. Возможность высоких материальных потерь в результате отказов АСУТП, как следствия утраты высокой эффективности или катастрофических последствий, величина которых может быть более чем на порядок выше стоимости системы, заставляют стремиться к повышению надежности до тех пор, пока не будут исчерпаны возможности заказчика [1]. Постоянно растущая структурная сложность АСУТП высокотехнологичных производств, а также стремление к всеобщей интеграции АСУ в рамках всего предприятия, приводящее к ее большой размерности, делают возможным разработку большего множества вариантов структурного построения систем управления. Возникающую отсюда проблему технико-экономического обоснования разработчиком надежности и безопасности системы управления , а так же принятых им проектных решений и выбора техники автоматизации, предлагается решать при помощи програмного комплекса ПК АСМ [2,3]. Естественное желание заказчика получить систему управления обладающую кроме необходимой функциональности, заданными показателями надежности при минимально возможной стоимости системы управления представляет комплексную задачу для разработчика. Задачу нахождения минимума суммарных затрат, состоящих из стоимости проектирования системы, суммарной стоимости ее элементов, стоимости обслуживания и эксплуатации, риска отказов отдельных элементов и системы вцелом, при сохранении требуемой надежности функций АСУТП предпологается решать при дальнейшем развитии ПК АСМ. Для этого предпологается вычислять показатель суммарных затрат С, включающий в себя начальную стоимость системы С0 и риск отказа системы и отдельных элементов к моменту времени T - заданному времени эксплуатации [4]. Оценка риска складывается из двух слагаемых: стоимости замены отказавших элементов и ущерба от простоя системы.
   В настоящее время ПК АСМ успешно используется для анализа структурных схем АСУТП на предмет обнаружения элементов, отказы которых носят наиболее серьезные последствия для системы (объекта управления). На начальном этапе проектирования в некой графической форме формируется структурная схема разрабатываемой системы, которая в виде специальной схемы функциональной целостности (СФЦ) [3] строится в ПК АСМ. СФЦ обеспечивает представление основных (существенных для разработчика) элементов системы в виде простых случайных событий Xi. и логических связей между отдельными элементами, которые показывают условия реализации запроектированных функций системы. Дальнейшее выделение критериев функционирования системы, которые определяют логические условия реализации системных запроектированных функций, приводит к формированию математической модели функционирования системы. Структурная модель и логический критерий функционирования (ЛКФ) [3] достаточны для построения логической функции работоспособности. Для случая когда ЛКФ АСУ определен как способность выполнения в любой момент времени любой из запроектированных функций, логическая функция работоспособности: Y = y1*y2*y3 ... yk (1),где k - количество запроектированных функций системы. yi = F({xi, not(xi)}, i = 1,2 ... N), где N - количество элементов системы.
   Используя (1), при помощи ПК АСМ осуществляется переход к вероятностной функции Pf(t) = Pf({pi(t), qi(t)}, i = 1,2 ... N ), используя которую осуществляется автоматический расчет показателей надежности. Наряду с вероятностью безотказной работы восстанавливаемой системы, позволяющей оценить надежность предложенного разработчиком проектного решения, важную роль в системных исследованиях играют показатели значимости элементов. Они дают количественную оценку влияния изменения надежности отдельного элемента на надежность системы в целом, позволяя выявлять те элементы, затраты на повышение которых, обеспечат наибольшее увеличение надежности всей АСУТП, а также выбрать экономически более эффективный из двух способов управления надежностью элемента. Первый состоит в том, что элемент выбирается из нескольких его конструктивных выриантов исполнения, отличающихся надежностью и ценой. Предполагается, что стоимость элемента зависит от его надежности. Второй заключается в том, что имеется одно исполнение элемента и достижение требуемых показателей надежности осуществляется путем его резервирования.
   Обозначим за R некий количественный показатель характеризующий надежность и определим эффективность как отношение прироста надежности deltaRi и затрат deltaCi, где i - номер варианта относительно "базового" уровня. Тогда , в общем случае, зависимость эффективности E(R) и стоимости C(R), будет иметь вид представленный на рис. 1 [1]:

   Характер зависимостей E(R) и C(R) и deltaE(R)=E(R)-C(R) (когда E и C - величины одного вида)    Для построения оптимальной зависимости R(C) предлагается расширить функциональсть ПК АСМ. Использование существующих возможностей програмного комплекса и проведение оценки зависимости R(C) позволит проектировать системы оптимальные по критерию минимума затрат для обеспечения заданного уровня надежности.

Литература

   1. ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. Приложение.
   2. Можаев А.С., Алексеев В.О., Громов В.Н. Автоматизированное логико-вероятностное моделирование технических систем (Руководство пользователя ПК АСМ версии 5.0) // ВИТУ. - СПб., 1999. - 64 с.
   3. Можаев А.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. // ВИТУ. - СПб., - 145 с.
   4. Проурзин В.А. Алгоритмы численного анализа показателей надежности и риска для сложной системы на основе деревьев отказов. // Труды Международной Научной Школы "Моделирование и анализ безопасности, риска и качества в сложных системах" (МА БРК - 2001). СПб.: Издательство ООО "НПО "Омега", 2001, с.263-268.
   5. Методические указания по обоснованию значений (норм) задаваемых ПН. М.:Издательство стандартов, 1991

© СПИК СЗМА 1998-2017. Все права защищены.