Математическое обеспечение информационных систем мониторинга надежности и безопасности сложных технических систем

• Автор: Шарай, Вячеслав Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПУТЕЙ СОЗДАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЙ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1 Системный анализ необходимости создания и совершенствования информационных систем мониторинга состояний сложных технических систем
1.1.1 Обобщенный анализ необходимости создания и совершенствования информационных систем мониторинга сложных технческих систем
1.1.2 Анализ необходимости совершенствования подсистем мониторинга в составе АСУ сложными техническими системами с критическими требованиями по длительности цикла управления
1.2 Анализ путей создания и совершенствования информационных систем мониторинга состояний сложных технических систем
1.3 Обоснование критериев и показателей оценки качества информационной системы мониторинга сложных технических систем
1.4 Постановка задачи исследования
Выводы по первому разделу
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОТКАЗОВ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1 Аналитический обзор методов анализа зарождения и развития отказов сложных технических систем
2.2 Анализ скрытых параллелизмов в процессах возникновения и реализации неблагоприятных событий на сложных технических системах
2.3 Разработка математического обеспечения и алгоритмических решений
для мониторинга отказов сложных технических систем
Выводы по второму разделу
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПРЕДОТКАЗНЫХ СОСТОЯНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1 Аналитический обзор методов анализа надежности и безопасности сложных технических систем
3.2 Разработка математического обеспечения и алгоритмических решений для мониторинга предотказных состояний сложных технических систем
Выводы по третьему разделу
4 ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРЕДЛОЖЕННОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
4.1 Оценка пространственного выигрыша при применении разработанного математического обеспечения
4.2 Оценка временного выигрыша при применении разработанного математического обеспечения
4.3 Качественная оценка функционирования информационной системы мониторинга, использующей разработанное математическое обеспечение
Выводы по четвертому разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Важной подсистемой автоматизированной системы управления сложной технической системой (ТС) является подсистема мониторинга [52]. От качества функционирования подсистемы мониторинга зависит достоверность информации о текущем состоянии ТС, которая используется для принятия решений при управлении контролируемой ТС.
Современные ТС относятся к категории сложных систем [115]. Примерами сложных ТС являются: объекты нефтегазовой промышленности, энергосистемы (в т. ч. с нетрадиционными возобновляемыми источниками энергии [81, 124J), системы релейной защиты и автоматики [138], автоматизированные системы обработки информации [125], системы управления ТС и т.д.
Так как в период эксплуатации ТС подвержена изменению состояния, то необходим анализ надежности и безопасности ТС. Возможны следующие состояния ТС: надежно и безопасно, надежно и небезопасно, ненадежно и безопасно, ненадежно и небезопасно. Изменение состояния надежности ТС связано с переходом ТС в состояние отказа или с переходом ТС в предотказ-ные состояния. Отказ ТС характеризуются значением ущерба, который может быть нанесен при его наступлении (ущерб от аварии на АЭС «Фокуси-ма» (Япония) составил 120 млрд. $ [64], ущерб от аварии на НПЗ «Амуай» (Венесуэла) составил 23 млн. $ [22]). Если значение ущерба причиняемого при наступлении такого отказа превышает некоторое заранее определенное значение, то такой отказ называется опасным. Опасный отказ ТС может стать причиной аварии, катастрофы, и связан с изменением состояния безопасности ТС.
Для оценки надежности ТС используются показатели надежности. Для оценки безопасности ТС используются показатели безопасности, которые как совпадают с показателями надежности, так и имеются специальные показатели безопасности рассматриваемой ТС.
Проблемы анализа состояния надежности и безопасности ТС рассмотрены в трудах Ушакова И.А., Дружинина Г.В., Рябинина И.А., Можаева С.А.

где гу = tM -1, = треакции + гд - длительность цикла управления ТС;
/,,?2,/3,...- времена начала циклов управления;
Я - интенсивность отказов ТС, при отказах элементов ТС; гд - длительность оказания управляющих воздействий.
Анализируя показатели качества ИС, можно сделать вывод о том, что уменьшение значения времени расчета состояния ТС Atp позволит улучшить
такие показатели информационных систем как информационно-преобразующая способность, производительность (в том числе и информационную), технико-экономическая эффективность.

^ W t
^ время ^ ^ время ^ ^ремя " ^ сбора анализа индикации время воздействш
Ч Р время реакции
длительность цикла управления
Рисунок 1.10- Длительность цикла управления ТС
Так, для электротехнического оборудования программно-технических комплексов управления тепловых электростанций определены следующие значения: г1гап =0,01 с., г2тп +г3,пп =0,2 с., гДп1П =0,025 с.
На рисунке 1.11 показан пропуск ИСМ отказа ТС. Во время своего функционирования ИСМ ТС выполняет периодические замеры параметров контролируемой ТС (в моменты времени ^Д2Д3,...). За интервалы времени ^"реакции ~и+ ~ (' = 2, 3,...) между замерами элементов происходит поступ-
ления новых данных об элементах контролируемой системы, вычисление значений контролируемых параметров, распознавание состояния контролируемой системы, подачи сигнала об изменении состояния системы. Из [115]