Предметом фундаментально-прикладных исследований являются методы и критерии безопасности и защиты сложных технических систем (СТС), повреждение и разрушение которых ведет за собой возможность возникновения аварий и катастроф с глобальными, национальными или региональными последствиями, а также возможность больших людских или материальных потерь. При этом человек-оператор оказывается включенным в эти системы как источник опасностей и как важнейшее звено, снижающее риск возникновения этих опасностей. Для обеспечения безопасного управления работой СТС оператор должен иметь высокий уровень профессиональной подготовки. В статье рассматривается показатель уровня подготовки оператора, управляющего сложной технической системой с помощью математических методов и моделей. Предложенная методика позволяет получить количественную оценку подготовки операторов. Разработаны модели исключения ущерба исследуемой сложной человеко-машинной системы на всем жизненном цикле.
Надежность и качество сложных систем
2018. — Выпуск 3
Содержание:
Приведен подход к решению актуальной проблемы - прогнозированию предотказового состояния различных объектов эксплуатации. Приведены факторы, которые необходимо учитывать для прогнозирования развития предотказового состояния объектов эксплуатации воздушного транспорта. Для оценки масштаба проблем, вызванных ситуацией, связанной с развитием предотказовых ситуаций, проведена иллюстрация на примере радиоэлектронного оборудования. Рассмотрены различные состояния радиоэлектронного оборудования. Приведена математическая модель развития предотказового состояния. Дана рекомендация, что для расчета производственно-технологических отклонений и допусков следует использовать метод разложения функций в ряды и метод Монте-Карло. Сделан вывод о возможности выполнения расчета всех вероятностных характеристик для процесса развития предотказового состояния на этапе разработки и определения расчетно-эксплуатационных характеристик объектов эксплуатации воздушного транспорта. Сделан вывод об ограниченности объема информации, которую можно использовать для прогнозирования предотказового состояния объекта эксплуатации. Приведены три условия, при которых информацию, полученную в ходе испытаний аналогичных объектов, можно использовать.
Ключевые слова
Предлагаемая методология позволяет реализовать математическое и программное обеспечение эрготехнических систем для подсистемы контроля и информационного воздействия на эргатический элемент и обеспечивает повышение уровня профессиональной подготовки специалистов по эксплуатации технических систем. Методология построена на применении математической модели с интегрированной подсистемой контроля и информационного воздействия на эргатический элемент.
Ключевые слова
Актуальность . В практике основных нефтедобывающих компаний для поддержания рентабельности необходим ежегодный капитальный ремонт более чем трети и текущий ремонт более половины скважин. Собраны и обработаны статистические данные об отказах и простоях мобильных буровых комплексов в процессе выполнения технологических операций по текущему и капитальному ремонту нефтяных скважин на месторождениях Западной Сибири. Выявлены основные причины отказов МБК КВ-210 и важнейшие источники потери времени в простоях данных мобильных установок. Среди отказов элементов МБК наибольшее влияние на показатели безопасности оказывают поломки деталей мачты. В этом случае на подъем из скважины бурильных колонн затрачивается продолжительное время. Основными причинами отказов мачт являются: затаскивание талевого блока под кронблок; перегрузка мачты; ослабление прочности конструкции мачты из-за коррозии; смещение кронблока по отношению к кронблочной балке, в результате чего нагрузка передается на одну сторону мачты и происходит излом мачты; проседание фундаментов из-за длительного действия воды и промывочной жидкости; аварии из-за отказов буровых лебедок, силовых приводов и другого оборудования; разрыв рукавов высокого давления гидросистемы. Помимо отказов, оценена информация по простоям. Выявлены слабые места в системе обслуживания технического комплекса и причины большой продолжительности восстановления. Методы . Анализ статистических данных по наработкам оборудования проводился с помощью программного обеспечения SТАТISТIСА 6.0. Работоспособность узлов и механизмов рассматривалась как отдельно по узлам и механизмам, так и по комплексам в целом. Результаты и выводы . Результаты статистической обработки приведенных данных об отказах мобильного комплекса и его элементов показывают, что качественное распределение отказов не противоречит закону распределения Вейбулла, что согласуется с результатами, полученными в более ранних публикациях. В ходе статистического анализа данных по отказам и простоям выявлены вид закона распределения и его параметры. Полученные результаты могут служить основой для совершенствования процедур обслуживания мобильных буровых комплексов и процесса рационального планирования поставки и расходования запасных частей, инструментов и принадлежностей.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Целью данной статьи является анализ состояния исследований и работ в области техногенного риска применительно к компрессорным станциям магистральных газопроводов. Методы . Приведена оценка правового и нормативно-технического обеспечения промышленной безопасности магистральных трубопроводов транспорта газа Российской Федерации, современного состояния аварийности на компрессорных станциях магистральных газопроводов РФ, США и Канады, основных принципов формирования системы мониторинга и прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Результаты и выводы . Приведены результаты анализа качества предоставляемой информации по произошедшим авариям и инцидентам в надзорные органы РФ, США и Канады, по которым необходимо проводить оценку техногенного риска на объектах компрессорных станций.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Муфтовые винтовые прессы (МВП) представляют собой новый тип кузнечно-штамповых машин (КШМ), предназначенных для технологических операций точной горячей и холодной объемной и листовой штамповки и т.д., для привода которых используется кинетическая энергия постоянно вращающегося в одном направлении маховика. Для совершения рабочего хода деформирования маховик соединяется с винтом и по окончании его отсоединяется от винта соединительной муфтой (исполнительный орган), быстродействие которой является важной технологической и эксплуатационной характеристикой качества управления МВП. В работе изложена методика расчета быстродействующего исполнительного органа МВП с системой диагностического управления, предназначенная для повышения надежности технологического оборудования в гибких производственных системах (ГПС) и получения качественной продукции (деталей) ракетно-космической техники и скоростного железнодорожного транспорта из титановых, композитных и наноматериалов и сплавов. Материалы и методы . Дана методика проектировочного расчета быстродействующего исполнительного органа МВП в условиях ГПС с системой диагностического управления, составными частями которой является методика расчета динамики срабатывания гидроприводной муфты МВП с импульсным сбрасывающим клапаном (ИСК), позволяющая рассчитывать динамические параметры муфты, и методика синтеза математического обеспечения процессов управления. Представлена взаимозависимость элементов структурно-функциональной и математических моделей системы «КШМ - инструмент - заготовка - диагностическое управление - исполнительный орган КШМ», влияющих на качество и надежность элементов КШМ. Результаты . Полученные алгоритм расчета динамики срабатывания гидроприводной муфты МВП с ИСК и методика синтеза математического обеспечения алгоритмов адаптивного управления МВП позволяют получить системы контроля и диагностики параметров технологического процесса и оборудования КШМ заготовительного производства. Выводы . Показано, что без контроля и диагностики показателей качества продукции c помощью современных методов и средств измерения, включая лазерные, инфракрасные, волоконно-оптические датчики и устройства, невозможно обеспечить высокое качество при изготовлении и ремонте, а также безопасность и экологичность работы технологической системы.
Ключевые слова
Рассмотрен эффективный метод кластеризации в беспроводной сенсорной сети с использованием нечеткой логики на базе таких входных переменных, как качество принимаемого сигнала, концентрация узлов, остаточная энергия и центральность узла. Данный метод также сочетает в себе преимущества иерархии адаптивной кластеризации с низким энергопотреблением (Lоw-Еnеrgу Аdарtivе Сlustеring Нiеrаrсhу, LЕАСН). Представлена структура моделируемой беспроводной сенсорной сети и аппарата нечеткой логики. Проведено сравнение предлагаемого метода с протоколами кластеризации LЕАСН и LЕАСН-FL. Моделирование беспроводной сенсорной сети и контроллера нечеткой логики проводилось в программной среде Маtlаb. Для сравнения с протоколами LЕАСН и LЕАСН-FL использовалась сеть размерностью 100×100 с выбранными 20 узлами. В результате моделирования и сравнения было выявлено, что предложенный алгоритм кластеризации обладает более высокой скоростью и низким энергопотреблением и, следовательно, позволяет увеличить время жизни беспроводной сенсорной сети. Данный метод кластеризации может быть использован в любых беспроводных сенсорных сетях, независимо от сферы их применения.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Показано, что при неправильной настройке компьютерных сетей (КС) для пользователя может оказаться недоступной часть сервисов. Дан анализ существующих подходов к решению данной задачи. Общим недостатком является отсутствие учета особенностей архитектуры КС при оценке эффективности КС. Поставлена и решена актуальная задача обоснованного выбора критериев оценки функционирования КС, учитывающих особенности архитектуры сети. Предложено научное обоснование выбора данных критериев и приведены соответствующие оценки, подтверждающие правомерность их выбора. Получен критерий эффективности функционирования КС, основанный на анализе на времени ее реакции. Показано, что коэффициент готовности КС зависит от конкретного сервиса, к которому обратился пользователь, месте положения соответствующего компьютера в КС, на котором размещен данный сервис, архитектуры КС и загруженности сегментов КС, через которые передается запрос и ответ на него. При этом неприемлемо большое с точки зрения пользователя время реакции КС, зачастую трактуемое пользователем как сбой в работе сетевого приложения, что закономерно приводит к невыполнению им решаемой задачи, как правило, обусловлено обработкой данных на верхних уровнях модели взаимодействия открытых систем, которые не имеют непосредственного отношения к процессам и, собственно, качеству функционирования КС, но определяются загруженностью клиентов. Приведены критерии оценки производительности сети. Для подтверждения работоспособности выбранных критериев оценивания функционирования КС было проведено моделирование системе ОрNЕТ Моdеllеr. Приведена методика моделирования компьютерной сети. Результаты и выводы . Результаты отражены в виде графика зависимости времени задержки от времени измерений для однорангового сегмента компьютерной сети. Значения времен задержек сведены в таблицу. Показано, что значение критериев действительно оказывается зависимым от архитектуры однорангового сегмента компьютерной сети. Таким образом, в работе обоснован выбор для оценивания функционирования сети. Работоспособность предложенных критериев подтверждена результатами имитационного моделирования и аналитическими оценками.
Ключевые слова
Сегодня на рынке большое количество различных систем управления беспилотными летательными аппаратами, они доступны для потребителя в любом ценовом сегменте. Нашей задачей будет рассмотреть основные типы систем в различных ценовых сегментах и сравнить их, выделить главные протоколы взаимодействия между станцией и летательным аппаратом, а также провести эксперимент с реальной станцией радиоуправления и замерить основные параметры сигнала.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Требования снижения затрат при все возрастающей сложности и объемах выполняемых задач предрешат переход к аппаратно- и функционально интегрированным радиолокационным системам летательных аппаратов (РСЛА) нового поколения, в которых комплексирование осуществляется не по физическим принципам работы первичных измерителей, а по функциональному назначению систем. Для проектирования радиолокационных систем нового поколения требуется изменение принципов конструирования, которые бы обеспечили переход от технологий конструирования поколения «4» к новым технологиям конструирования этих систем нового поколения «4++», «5», т.е. необходимо перейти от технологии конструирования «снизу-вверх» к технологии конструирования «сверху-вниз». Материалы и методы . Предложена структура взаимосвязи факторов технического и экономического характера, которые необходимо учитывать при создании РСЛА. Предложены разные методы решения этой задачи с тем, чтобы обеспечить качество информационного обеспечения и сокращение стоимости жизненного цикла. Предложены ключевые методологические принципы, обеспечивающие реализацию требований, установленных к радиолокационным системам нового поколения. Предложены способы реализации метода разработки технологии на основе обеспечения единства стадий: научных исследований, конструирования, разработки технологии и организации производства как единого процесса создания систем. Результаты . Реализация на практике при создании радиолокационных систем нового поколения «4++» (например, Ка-диапазона) основных методологических принципов и методов конструкции, снижение массогабаритных характеристик РЛС нового поколения по сравнению с существующими аналогами в 2,5 раза, повышение надежности почти в 2,5-3 раза, сокращение стоимости жизненного цикла более чем в 2 раза и другие преимущества. Выводы . Предложены эффективные методы и принципы конструирования аппаратуры во взаимосвязи с техническими, экономическими и тактическими характеристиками, которые обеспечивают создание радиолокационных систем нового поколения, не уступающих требованиям международного класса.
Ключевые слова
Показано, что становление и развитие цифровой цивилизации породило принципиально новую проблему взаимодействий в человек-машинной системе, а это в свою очередь создало множество задач в проблеме создания гибридного интеллекта, синтезе надежных систем мехатроники, преодолении барьеров на пути от hоmо sарiеns к hоmо intеllесtиs и бесконфликтному миру без катастроф и заблуждений прошлого. Дан анализ концептуальных моделей гибридного интеллекта. Показан путь от технологии инженерии анализа катастроф гетероструктур, созданной на основе использования закона катастроф, к искусственному интеллекту. Главными показателями интеллекта здесь являются умение решать задачи, задаваемые окружающей действительностью, доведение решения задачи до реализации интеллектуального продукта и получение экономического эффекта от реализации в гетерогенной конкурентной среде. Доказано, что все катастрофы на Земле происходят под действием внешних сил (солнечных излучений, электромагнитных полей, силы взаимодействия планет, метеорных потоков и др.), а также определяются воздействием внутренних сил Земли. Проведен системный анализ гибридного интеллекта, задействованного в инженерии гетероструктур, дан анализ моделей программной инженерии гетероструктур, в том числе и моделей, разрабатываемых авторами. Проведено моделирование тепловых и виброударных воздействий, а также исследования гетероструктур кровообращения человека. Показана конкурентоспособность предложенных моделей при решении актуальных проблем современности.
Ключевые слова
В работе предложен метод балансировки энергетических характеристик сенсоров в беспроводных сетях. Метод основан на использовании энергии в радиодиапазоне сенсоров, передающих данные. Неактивные в данный момент сенсоры могут принимать и детектировать пакеты данных и использовать их для подзарядки источника питания. Эффективность использования энергии определяется точностью согласования приемной антенны с входным контуром и падением напряжения на выпрямительном модуле. Проведен анализ относительных потерь в зависимости от частоты для типовой антенны беспроводного диапазона.
Ключевые слова
Экспериментальный контроль массо-геометрических характеристик на заключительном этапе общей сборки летательных аппаратов проводится с использованием специализированных контрольно-измерительных стендов, учитывающих конструктивные особенности аппаратов. При определении координат центра масс в настоящее время обычно используют стенды, реализующие весовой метод измерений, а моменты инерции определяют на стендах, работающих по принципу физического или крутильного маятника. При этом технология выполнения измерений требует многократных переустановок контролируемого аппарата на используемых стендах. Низкие характеристики точности и производительности стендового оборудования обоих типов препятствуют повышению точности контроля массо-геометрических характеристик и делают актуальной задачу совершенствования конструктивного исполнения стендового оборудования и методического обеспечения измерений указанных характеристик с целью снижения продолжительности экспериментальных работ и повышения точности определения указанных характеристик. В работе рассмотрены конструкции стендов, реализующих метод качающейся платформы, обеспечивающий определение координат центра масс и моментов инерции при однократной установке аппарата на измерительное устройство стенда, и метод динамической балансировки - для прецизионного определения параметров массо-инерционной асимметрии аппаратов. Приведены технические характеристики стендов.
Ключевые слова
Проведен анализ методологий контроля и диагностирования сложных электронных устройств. Приведены основные критерии эффективности для выбора оптимальной методологии. Проанализированы возможности применения адаптивных реконфигурируемых алгоритмов для современных систем контроля и диагностирования, а также их основные достоинства и недостатки. Проведенный анализ показал, что наиболее перспективным направлением в усовершенствовании систем контроля и диагностирования является использование адаптивных реконфигурируемых алгоритмов совместно с открытыми пополняемыми библиотеками.
Ключевые слова
Актуальность работы обусловлена появлением большого числа новых специализированных протоколов обмена для беспроводных сенсорных сетей, ориентированных на регистрацию события. В отечественной литературе практически не рассматривается именно этот класс беспроводных сетей. Целью работы является проведение расширенного анализа протоколов для беспроводных сенсорных сетей, ориентированных на регистрацию события. Рассматривается базовый протокол передачи данных для такого класса сетей - Lоw Еnеrgу Аdарtivе Сlustеring Нiеrаrсhу Рrоtосоl. Демонстрируются его преимущества и недостатки с точки зрения энергопотребления и достоверности принимаемых данных. Показано, что протокол не всегда обеспечивает выбор в качестве вершины кластера узла, имеющего достаточный для передачи данных запас энергии источника питания. Кратко анализируются функциональные возможности каждого протокола, особо выделяются возможности регистрации места возникновения события, регистрации нескольких событий, происходящих одновременно и т.д. Рассматриваются базовые принципы организации каждого протокола. Особое внимание уделяется энергопотреблению сети при использовании того или иного протокола и методам обеспечения достоверности данных, принимаемых блоком управления. Рассмотрены механизмы явного и неявного подтверждения приема данных блоком управления и соседними узлами сети. Для протоколов реального времени проведена оценка вносимой задержки между регистрацией события сенсором и приемом информации о нем блоком управления. Проанализированы методы предотвращения перегрузки в сети при наличии большого числа активных сенсоров. По результатам проведенного сравнительного анализа создана сводная таблица, демонстрирующая особенности каждого протокола и его функциональные возможности.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Вероятность возникновения пожара на том или ином объекте является объективной величиной, характеризующей степень его пожарной опасности. В отличие от известного многим пожарного риска, расчет которого проводится по сомнительным методикам, не прошедшим даже минимальной апробации в реальных условиях, статистические данные не могут быть опровергнуты по желанию какого-либо оппонента. Актуальность имеет под собой и экономическую составляющую: требования по оснащению объекта защиты специальными устройствами, начиная от датчиков пожарной сигнализации (самый минимум) и заканчивая автоматическими установками пожаротушения как максимум, требуют порой существенных финансовых затрат. При этом нормативные документы, регламентирующие вопросы оснащения системами, до настоящего времени не учитывают вероятность возникновения пожара. Материалы и методы . На основе вероятностно-игровой модели предложен метод определения (оценки) оптимальных значений частот (вероятностей) применения средств и мероприятий для обеспечения полной (абсолютной) пожарной безопасности объекта на основе максимизации вероятности реализации такой ситуации, как с учетом проявления различных дестабилизирующих факторов, так и без него. Результаты . Предложенный метод моделирования позволил установить связь между вероятностью возникновения пожара на объекте, входящем в выборку однотипных объектов защиты, опыт эксплуатации которых позволяет оперировать надежными, обоснованными и объективными данными о пожарной опасности. В качестве максимальной задачи показана возможность технико-экономического обоснования того или иного способа обеспечения пожарной безопасности, соответствующих мероприятий и в конечном итоге оптимизации финансовых затрат на безопасность. Выводы . Отсутствие учета объективных статистических данных по пожарам и загораниям на объектах защиты в требованиях нормативных документов о пожарной опасности приводит зачастую к излишним затратам на обеспечение пожарной безопасности. Оптимизация этих затрат, вплоть до полного обнуления, возможна на основании объективных статистических данных с использованием вероятностно-игровой модели.
Ключевые слова
Для информационно-аналитического обеспечения систем поддержки принятия решений региональных ситуационных центров разработан полимодельный комплекс, состоящий из проблемно-ориентированных имитационных моделей прогнозирования социально-экономического развития региона и позволяющий оценить и исследовать динамику показателей региональной безопасности. Комплекс отличается композитной структурой, т.е. динамически формируется из конечного числа типовых модельных блоков (шаблонов), что повышает корректность входящих в него моделей и сокращает время настройки среды моделирования на особенности решаемых задач управления. Модельный инструментарий позволяет сформировать, исследовать и расширить спектр альтернативных сценариев моделирования региональных кризисных ситуаций, что повышает качество информационного обеспечения для выработки и реализации эффективных управленческих решений. Применение комплекса обеспечивает высокую вариабельность реализации вычислительных экспериментов.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Регулируемые перекрестки, как правило, осуществляют пропуск высокоинтенсивных транспортных потоков в стесненных условиях застройки. В крупных городах в часы «пик» регулируемые перекрестки сильно перегружены транспортом, свидетельством чего являются остаточные очереди автомобилей перед ними. Целью работы является разработка основ методологии повышения качества дорожного движения для регулируемых перекрестков на основе анализа изменения интенсивности дорожного движения и критических длин очередей. Результаты . В статье анализируется изменение интенсивности дорожного движения и длин очередей на регулируемом перекрестке в г. Волжский. Образующиеся очереди автомобилей на перекрестке достают до соседних перекрестков, что приводит к сетевым заторам. Предлагается оценивать интенсивность движения не только на подходах регулируемого перекрестка, но и на проблемных выездах. Регулярные длинные остаточные очереди автомобилей перед и после регулируемого перекрестка являются свидетельством высокого транспортного спроса. Приведен пример определения уровня удобства движения по методике немецкого нормативного документа. Управлять качеством дорожного движения на регулируемом перекрестке можно с помощью оценки уровня удобства движения до проведения конструктивных или программных изменений; прогнозирования его на этапе проектирования, учитывая затраты, наличие площадей, эффект от различных вариантов решений; оценки качества движения после осуществления запроектированных мероприятий, учитывая восприятие качества дорожного движения пользователями. Выводы . Предлагаются основы методологии менеджмента качества для регулируемых перекрестков. Укрупненными критериями оценки качества дорожного движения для регулируемого перекрестка может служить частая остаточная очередь, наличие резервов пропускной способности. Если образование протяженной очереди на регулируемом перекрестке неизбежно, то организовывать эту очередь следует на подходе, не приводящему к сетевому затору.