Оценка надежности АСУ ТП в условиях эксплуатации

Требования к информации.Информация, полученная при испытаниях на надежность в условиях эксплуатации имеет ряд специфических особенно­стей по сравнению с полученной в лабораторных испытаниях. Эти особенности вызваны изменениями во времени внешних воздействий, случайными моментами включений и отключений АСУ ТП в целом, ее подсистем и отдельных средств (например, из-за отказов технологического оборудования или согласно регламенту ведения технологического процесса). Эксплуата­ционный персонал не всегда сразу правильно определяет причину и место отказа или недостаточно качественно проводит ремонт.

Основными требованиями, предъявляемыми к информации об эксплуатационной надежности, являются достоверность, полнота и оперативность.

Достоверность информации заключается в требовании к объективности всех сообщаемых сведений и обеспечивается как ответственностью и компе­тенцией лиц, ведущих сбор данных, так и системой контроля за сбором этих сведений. В первую очередь, достоверность достигается точным учетом всех отказов независимо от причины возникновения, последствий и времени вос­становления.

Полнота информации заключается в том, чтобы получаемая информация как по числу испытываемых систем и длительности испытаний, так и по объему сведений об условиях работы, причине отказа, способах восстановления была достаточно для решения поставленных задач. В то же время объем сведений должен быть согласован с их дальнейшим использованием – в них не должно быть ничего лишнего. Такие задачи, как определение свойств потоков отказов или расчет количества запасных частей, требуют больше статистиче­ских данных, чем, например оценка показателей безотказности.

Оперативность информации необходима для скорейшего принятия мер по воздействию на процесс разработки и изготовления систем и их компонентов. Информацию, полученную при эксплуатации, можно рассматривать как об­ратную связь в системе управления надежностью. Как известно из теории ав­томатического регулирования, запаздывание в цепи обратной связи приводит к ухудшению качества функционирования системы регулирования, поэтому важно наладить оперативный сбор и обработку информации.

Обеспечение этих требований должно сочетаться с мини­мальной трудоемкостью и стоимостью сбора. Это имеет место, если сбор ин­формации о надежности проводит персонал, непосредственно занимающийся эксплуатацией АСУ ТП и если в наибольшей степени используется докумен­тация, существующая помимо исследования надежности.

Для обеспечения требуемого качества информации при проведении сбора данных о надежности обслуживающим персоналом необходим ряд организа­ционно-технических мероприятий.

Последовательность работ по сбору и обработке данных об эксплуатационной надежности приведена на рис. 4.4. Все эти работы можно разделить на 4 группы: предшествующие сбору информации, проводимые во время сбора информации предварительная обработка и окончательная обработка.

Работы, предшествующие сбору информации.Первым этапом работы является выбор плана испытаний (продолжительности испытаний, количества испытываемых систем, места их установки). Затем составляют первичные формы учета информации о надежности, которые должны содержать сле­дующие сведения:

1) об испытываемой АСУ ТП, о ее составе, включая наименование, тип и численность технических средств, о наименовании агрегата и предприятия, на котором установлена АСУ ТП;

2) об условиях эксплуатации (например, окружающая температура, отно­сительная влажность, частота и амплитуда вибрации, запыленность, наличие агрессивных примесей в окружающей среде) и режиме работы с указанием их изменений в течение времени испытаний;

3) о наработках АСУ ТП и ее элементов;

4) о месте отказа (наименование и тип отказавшего технического средства, узла, элемента), о внешнем проявлении отказа и причине его возникновения, а также об условиях, в которых произошел отказ (в нормальных условиях эксплуатации или в отличающихся от них, например, при повышении температуры из-за отключения кондиционера);

Рис. 4.4 Последовательность работ по испытанию надежности

в условиях эксплуатации

5) о дате (число, месяц) и времени (часы) обнаружения отказа;

6) о длительности и способе восстановления, наименовании и количестве запасных частей, использованных для устранения отказа, а также о времени простоя;

7) о неправильных действиях оперативного персонала и ошибках про­граммного обеспечения;

8) об отказавших функциях АСУ ТП – последствиях отказов и величине ущерба, нанесенного отказом, о стоимости проведения ремонтных работ;

9) фамилии лиц, обнаруживших отказ, проводивших восстановление, про­верявших качество записей и др.

В качестве первичных форм учета применяют журналы или карточки отказов. В журналах собирается информация о всех отказах АСУ ТП или ее подсистемы. Карточки заполняют при каждом отказе.

Форма журнала учета отказов приведена в табл. 4.1. Пример разделения работ между персоналом, участвующим в сборе информации о надежности, дан на рис. 4.5. Для обеспечения должного качества информации перед на­чалом испытаний необходим подробный инструктаж персонала, проводя­щего сбор информации, а затем целесообразно издание распоряжений, со­гласно которым заполнение документации о надежности на период испыта­ний вменяется в должностные обязанности обслуживающего персонала.

Рис. 4.5 Пример разделения работ между персоналом, участвующим в сборе информации о надежности

Таблица 4.1

ЛЕКЦИЯ 12

Работы, проводимые во время сбора информации.В период сбора ин­формации необходима регулярная проверка правильности заполнения обслу­живающим персоналом первичных форм.

Во время испытаний целесообразно проведение контрольных записей – записей об отказах, проводимых не обслуживающим, а специально выде­ленным персоналом. Результаты контрольных записей служат для статисти­ческой проверки достоверности информации, собранной обслуживающим персоналом.

Организация сбора данных о надежности измерительных систем и средств измерений имеет определенную специфику вследствие наличия не­явных метрологических отказов. Для их учета необходим сбор данных о метрологических характеристиках, проводимый со значительно более час­той периодичностью, чем это принято при поверках, которые выполняются в ходе обычной эксплуатации. Иногда определение неявных отказов облег­чается тем, что один и тот же параметр, например уровень воды в барабане котла, измеряют несколькими приборами. При этом увеличение погрешно­сти одного из них становится заметным персоналу.

Предварительная обработка информации.Предварительная обработка информации начинается с ее уточнения. Необходимость в этом определяется тем, что записи об отказах могут иметь различную полноту и достоверность (например, часть информации, содержащейся в записях, может оказаться из­лишней).

Далее проводится классификация отказов по ряду признаков, определяе­мых целями исследования и особенностями исследуемых систем. Классификацию отказов часто объединяют с кодированием инфор­мации. При большом количестве статистической информации непосредст­венная обработка записей, имеющихся в журналах или карточках, оказывает­ся затруднительной, поэтому желательно закодировать записи с целью авто­матизации дальнейшей обработки с применением ЭВМ.

Отметим, что кодирование можно проводить непосредственно и при сборе информации, что сокращает время обработки и повышает оперативность ин­формации, но требует более высокой квалификации обслуживающего персо­нала и повышает возможность ошибки, т. е. в этом случае нет первичной до­кументации, по которой можно было бы проверить правильность кодирова­ния.

При ручной обработке данные первичных документов сводятся в формы-накопители. При обработке с помощью ЭВМ данные об отказах заносятся на цифровые носители.

Окончательная обработка информации.Если сбор данных о надежно­сти проводится с начала эксплуатации систем, то при этом зачастую имеет место период приработки. Его целесообразно выделить и далее рассматривать в отдельности период приработки и период нормальной эксплуатации.

При сборе данных о надежности обслуживающим персоналом нет уверен­ности в достоверности полученной статистической информации. Такая не­достоверность может проявляться в пропусках отдельных записей об отказах. Эти пропуски, как показала практика исследования эксплуатационной надеж­ности АСУ ТП, бывают двух видов. Во-первых, персонал, фиксируя все отка­зы большую часть времени, в течение некоторых отрезков времени пропуска­ет записи о части отказов. Во-вторых, персонал может систематически в те­чение всего времени испытаний, не фиксировать какую-то часть отказов.

При первом виде пропусков проверку можно проводить путем разбивки времени испытаний на ряд отрезков и сравнения данных о надежности, полу­ченных на этих отрезках. При втором виде пропусков проверку можно осу­ществлять путем сравнения данных о надежности, собранных обслуживающим персоналом за все время испытаний, с результатами контрольных записей. Последние проводятся специально выделенным персоналом и являются эталоном для сопоставления с ними остальной информации. Однако матема­тические методы проверки достоверности в обеих задачах одинаковы и сво­дятся к решению известных в статистике задач о проверке гипотез, связанных с сопоставлением различных выборок. Проверку гипоте­зы о том, что различные выборки извлечены из одной и той ж генеральной совокупности, называют проверкой однородности.

Выборками в первом случае являются данные о безотказности за каждый из υ периодов времени длиной Δt_j (j = 1, 2, ..., υ), на которые разбито время; испытаний t_и. Во втором случае выборками являются данные о безотказности изделий за время основных испытаний и за время контрольных записей (чис­ло выборок υ = 2).

Положительный результат проверки однородности свидетельствует о не­противоречивости статистических данных предположению о достоверности полученной информации. При отрицательном результате проверки однород­ности приходим к выводу, что-либо записи об отказах велись нерегулярно, либо условия работы аппаратуры изменились во времени, либо и записи ве­лись нерегулярно, и условия работы изменились. Выяснить причину, по ко­торой был получен отрицательный результат, можно лишь после дополни­тельного анализа имеющейся информации с целью выявления изменений ус­ловий работы, количества установленной аппаратуры и регулярности ведения записей.

Проверка гипотез о виде закона распределения наработки до отказа, нара­ботки между отказами, времени восстановления, о правильности принятой модели потока отказов (например, о том, что поток отказов является про­стейшим) также проводится методами проверки статистических гипотез. В наиболее простом случае (для невосстанавливаемых систем при плане испы­таний (N U N) для проверки вида закона распределения применим критерий Пирсона.

Определение точечных и интервальных оценок показателей надежности проводим с помощью соотношений п. 4.2.

Полученная информация может быть использована для анализа отказов и их причин, что является необходимым для выработки рекомендаций по усо­вершенствованию технических и программных средств, определению наи­менее надежных устройств, узлов, блоков в технических средствах, наименее надежных технических средств в АСУ ТП.

На основании анализа причин отказов вырабатываются рекомендации за­водам-изготовителям по повышению надежности выпускаемых ими техниче­ских средств, организациям - разработчикам АСУ ТП – по изменению схемных решений и программного обеспечения, эксплуатационным предпри­ятиям – по уточнению состава запасных частей и устройств, режимов техни­ческого обслуживания, по целесообразности изменений условий эксплуата­ции.