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
| Дата и время обнаружения отказа | Место отказа, наименование и тип технического средства | Внешнее проявление отказа | Момент начала восстановления | Длительность восстановления |
| 10.02.2006, 9 ч 00 мин. 15.02.2006, 12 ч 40 мин. | Регулятор уровня в конденсаторе, блок Р 21 Комплекс связи с объектом №1, субкомплекс №5 | Регулятор не реагирует на изменение уровня. Отсутствие показаний. | 10.02.2006, 9 ч 20 мин. 15.02.2006, 12 ч 50 мин. | 40 мин. 30 мин. |
ЛЕКЦИЯ 14
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 Δtj (j = 1, 2, ..., υ), на которые разбито время; испытаний tи. 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.