Выполнение расчетов показателей надежности и безопасности АСУТП

Применение автоматически формируемых логических и вероятностных моделей предполагает разработку и реализацию в ПК АСМ СЗМА специальных методов, алгоритмов и программ вычисления показателей надежности и безопасности АСУТП.

Наиболее простым способом расчета показателей, который применяется в анализе безопасности, является статический расчет вероятностей или частот возникновения (или не возникновения) аварийных ситуаций, путем подстановки в многочлен ВФ значений заданных вероятностей исходных событий. Здесь ВФ выступает в роли расчетного алгоритма вычислений. Так, подставляя в ВФ (7) вероятности заданные в таблице вычисляем вероятность безаварийного выполнения заправочной операции

(8)

В окне автоматизированного моделирования и расчетов, приведены результаты расчета вероятности аварии выполненные ПК АСМ СЗМА на основе автоматически полученной ВФ (6).

При вычислении показателей надежности необходимо учитывать заданное работное время функционирования системы (наработку). Для этого в расчетах параметров надежности элементов используют законы распределения времени их безотказной работы. Наибольшее распространение получил экспоненциальный закон:

___________________(9)

В формулах (9) в качестве исходного параметра надежности элемента принимают среднюю наработку до отказа , ( - интенсивность отказов) которая обычно указывается фирмами производителями в технической документации на комплектующие АСУТП. При расчетах надежности восстанавливаемых систем задаются средние времена восстановлений элементов .

В ПК АСМ СЗМА в настоящее время реализованы автоматические расчеты следующих показателей надежности АСУП.

1. Вероятность безотказной работы (или отказа) невосстанавливаемой АСУТП для каждой выходной функции , путем подстановкой в многочлен ВФ параметров надежности элементов, вычисленных на основе (9).

2. Средней наработки до отказа по каждой функции АСУТП, как невосстанавливаемой системы

___________________ (10)

где М – число одночленов многочлена ВФ, (знj) – знак -го одночлена ВФ, Кj – множество номеров элементов, параметры которых вошли в состав -го одночлена ВФ.

3. Коэффициента готовности по каждой функции АСУТП, как восстанавливаемой системы, рассчитывается путем подстановки в многочлен ВФ числовых значений коэффициентов готовности и коэффициентов неготовности элементов:

___________________(11)

где - среднее время, а - интенсивность восстановления элемента.

4. Значимость элемента

, ___________________ (12)

Здесь - значение вероятностной характеристики системы при абсолютной надежности элемента , а - при достоверном отказе элемента на рассматриваемом интервале времени функционирования.

5. Положительный вклад элемента:

___________________ (13)

На рис.2.3 приведена диаграмма значений вкладов отдельных элементов-событий в вероятность возникновения аварии, вычисленные с помощью ПК АСМ СЗМА. Из диаграммы видно, что наиболее опасными являются события 12 отказа выключателя насоса и 13 обрыва цепей управления отключением насоса.

6. Отрицательный вклад элемента:

___________________ (14)

Средняя наработка на отказ:

___________________ (15)

7. Среднее время восстановления:

___________________ (16)

8. Вероятности безотказной работы и отказа восстанавливаемой АСУТП в течение заданного времени работы

.

___________________ (17)

Рассмотренный перечень вычисляемых показателей является типовым и в определенной степени соответствует как требованиям руководящих документов, так и сложившейся практике моделирования и анализа надежности и безопасности АСУТП. В процессе освоения и накопления опыта применения технологии автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности АСУТП состав и методы расчета вероятностных показателей могут изменяться.

Наряду с вероятностными показателями все большее распространение начинают получать методы и методики детерминистического анализа надежности и безопасности систем. В основе детерминистического анализа лежит стремление получить научно обоснованные сведения о надежности и безопасности системы при отсутствии достоверных вероятностных характеристик исходных событий и элементов исследуемой системы. В качестве примеров известных методов и подходов к детерминистическому анализу можно выделить следующие:

· методы "проверочного листа" и "Что будет, если..?", которые относятся к группе наиболее простых методов качественного анализа безопасности;

· методы "Анализа видов и последствий аварий" (АВПО) и " Анализа видов, последствий и критичности аварий" (АВПКО), которые применяются для более детального, глубокого и подробного качественного анализа возможных видов отказов в системе, и их последствий;

· логико-графические методы анализа "деревьев отказов" и "деревьев событий", которые применяются для выявления комбинаций отказов оборудования, ошибок персонала и нерасчетных внешних воздействий, приводящих к аварийным ситуациям, а также последовательностей событий, характеризующих развитие аварийной ситуации;

· методы анализа отказоустойчивости, позволяющие качественно и/или количественно оценить их способность продолжать функционировать при достоверном возникновении отказов отдельных и групп элементов исследуемой системы.

ОЛВМ и технология АСМ позволяют автоматизировать структурно-логические процессы моделирования и на этой основе существенно повысить эффективность детерминистического анализа надежности и безопасности АСУТП как на стадиях проектирования, так и в процессе промышленной эксплуатации. Здесь представляется полезной разработка теоретических основ и автоматизация процессов решения следующих задач моделирования, необходимых для детерминистического анализа надежности и безопасности АСУТП:

· Автоматического определение минимальных комбинаций элементарных событий (КПУФ, МСО и их сочетаний), представляющих условия реализации заданных критериев надежности, отказа, безопасного функционирования и возникновения аварийных ситуаций в АСУТП. Задача полностью решена в ОЛВМ и реализована в ПК АСМ СЗМА.

· Определения наиболее функционально важных и/или опасных отдельных и групп элементов по критериям надежности, безопасности и технико-экономической эффективности проектирования, разработки и функционирования АСУТП. Основывается на целенаправленном сравнительном анализе минимальных комбинаций элементарных событий (КПУФ, МСО и др.). Требует разработки соответствующих методов, алгоритмов и программ.

· Анализ влияния отказов, отключений и восстановлений отдельных и групп элементов на работоспособность и безопасность АСУТП по отдельным и группам выходных функций и аварийных ситуаций. Требует разработки соответствующих методов, алгоритмов и программ.

Реализованные в ПК АСМ СЗМА методики детерминированного анализа надежности и безопасности были использованы в проектных расчетах надежности АСУТП. Они позволили в процессе проектирования, даже без выполнения вероятностных расчетов, определить наиболее опасные отдельные и группы элементов, оценить последствия всех комбинаций отказов элементов и обосновать изменения ряда проектных решений.