Структурный метод оценки надежности

Метод предназначен для оценки надежности человека-оператора в системах управления. С увеличением степени автоматизации роль человека как звена в системе управления постоянно возрастает, так как он переходит на более высокие уровни управления. Отказ человека-оператора в системе управления современным технологическим процессом приводит к значительным потерям.

Первые работы в области оценки надежности человека как звена в системе управления появились в СССР в 1964 – 1965 гг. Попытки первых исследователей перенести идеи и методы классической теории надежности на новый объект исследования – на человека – не увенчались успехом. Так, оказалось, что человеку свойственен принципиально новый тип отказа — ошибка в деятельности (временный неустойчивый отказ), а математические модели в рамках теории надежности технических систем этот тип отказа не учитывают.

Оценку надежности человека-оператора можно реализовать структурным методом[2]. В его основе лежит формализация деятельности человека-оператора в процессе решения в виде последовательной структуры. Структура – специальная логическая цепь, отображающая процесс функционирования системы человек-техника с количественными характеристиками единиц деятельности. Каждое звено имеет свои показатели надежности, которые потом используются в расчете надежности всей системы.

Деятельность человека последовательно представляется состоящей из операционных, функциональных и программных единиц.

Низший уровень рассмотрения деятельности человека-оператора – уровень операционных единиц.

Операционная единица – отдельный психофизиологический акт – является наименьшей единицей, до которой расчленяется деятельность человека-оператора, например, поворот ключа, нажатие кнопки и т. д.

Функциональная единица – группа операционных единиц, объединенных в структуре деятельности человека, в технологическом или смысловом отношении. Это специальные функциональные операции (блоки операций), подразделяемые на основные и вспомогательные функциональные единицы.

Основные единицы – единицы (блоки), в результате деятельности которых происходит достижение цели. К ним относят рабочий блок, блок задержки, блок принятия решений.

Вспомогательные блоки вводятся в структуру деятельности для увеличения безошибочности выполнения операций. При идеальной работе человека-оператора они не нужны (блок контроля ошибок, блок диагностического контроля).

Программная единица – совокупность функциональных единиц, объединенных в законченные блоки (программы), например, пуск насоса, подача топлива и т. д.

22 Рассмотрим показатели надежности функциональных единиц (функционально-программные надежности и функционально-временной надежности).

К основным блокам функциональных единиц относятся блоки, при невыполнении или ошибочном выполнении хотя бы одного из которых цель не будет достигнута. Основные блоки – рабочий блок, блок решения, блок задержки.

Рабочие блоки – блоки операций, в результате выполнения которых обеспечивается достижение цели (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Условное обозначение рабочего блока

Показатели функционально-программной надежности рабочего блока: вероятность безошибочного выполнения операции и вероятность ошибочного выполнения операции .

Показатели функционально-временной надежности – математическое ожидание времени выполнения рабочего блока М(Т_р) и дисперсия времени выполнения рабочего блока D(T_р).

Блоки задержки – операции выдержки во времени, – необходимые для “переключения” человека на новый вид деятельности или выполнение новых операций, а также время ожидания, пока произойдет отработка необходимых функций используемыми техническими средствами (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Условное обозначение блока задержки

Показатели надежности аналогичны показателям надежности рабочих блоков.

Блоки решения (логические блоки) – многоальтернативные блоки операций, отражающие процесс логического определения нужного исхода (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Условное обозначение блока решения

Показатели функционально-программной надежности блока решения:

b¹¹ – условная вероятность выбора 1-го исхода (альтернативы) при фактической необходимости его выбора;

b²² – условная вероятность выбора 2-го исхода при фактически необходимости его выбора;

b¹² = (1 - b¹¹) – условная вероятность ошибочного выбора 2 исхода при фактической необходимости выбора 1-го исхода;

b²¹ = (1 - b²²) – условная вероятность ошибочного выбора 1 исхода при фактической необходимости выбора 2-го исхода.

Показатели функционально-временной надежности:математическое ожидание времени выполнения блока решения М(Т) и дисперсия времени выполнения блока решения D(T).

К вспомогательным блокам функциональных единиц относятся блоки операций, вводимые в структуру деятельности человека для увеличения вероятности безошибочного выполнения операций, в которых не было бы необходимости при идеально надежной работе человека и технических средств. Вспомогательные блоки – блок контроля ошибок, блок диагностического контроля.

Блоки контроля ошибок (самоконтроля) – блоки операций, целью которых является проверка безошибочности выполнения предшествующих основных блоков (рис. 2.15). Блок имеет 1 вход и два исхода.

Рис. 2.15. Условное обозначение блока контроля ошибок

Показатели функционально-программной надежности:

К¹¹ – условная вероятность безошибочного признания проверяемых операций безошибочными (при условии, что они фактически выполнены безошибочно);

К¹⁰ – условная вероятность ошибочного признания проверяемых операций ошибочными (при условии, что они фактически выполнены безошибочно), К¹⁰ =(1–К¹¹);

К⁰⁰ – условная вероятность безошибочного признания ошибок в проверяемых операциях (при условии, что они фактически есть);

К⁰¹ – условная вероятность ошибочного признания проверяемых операций безошибочными (при условии, что ошибки фактически есть), К⁰¹ =(1–К⁰⁰).

Функционально-временные показатели надежности:математическое ожидание времени выполнения блока контроля ошибок М(Т_к) и дисперсия времени выполнения блока контроля ошибок D(Т_к).

Блоки предоперационного диагностического контроля – блоки операций, целью которых является проверка исправности технических средств, используемых при выполнении основных блоков (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Условное обозначение блока предоперационного диагностического контроля

Функционально-программные показатели надежности:

П¹¹ – условная вероятность признания фактически работоспособных технических средств работоспособными;

П¹⁰ = (1 - П¹¹) – условная вероятность ошибочного признания технических средств неработоспособными (при условии, что они фактически работоспособны);

П⁰⁰ – условная вероятность признания фактически неработоспособных технических средств неработоспособными;

П⁰¹ = (1 – П⁰⁰) – условная вероятность ошибочного признания технических средств работоспособными (при условии, что фактически они неработоспособны).

Функционально-временные показатели надежности: математическое ожидание времени выполнения блока диагностического контроля М(Т_Д.) и дисперсия времени выполнения блока диагностического контроля D(T_Д).