ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПОЖАРНОЙ АВТОМАТИКИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

По мере увеличения рисков возникновения пожаров повышаются требования к системам их автоматического контроля, обнаружения и тушения. Несвоевременное обнаружение очага пожара и включение систем пожаротушения может привести к непредсказуемым последствиям. В частности, из-за недостаточной надежности  элементов и систем автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения. В настоящей статье предложен метод расчета состояния (надежности) систем пожарной автоматики (СПА) с параметрическими отказами на прогнозируемый момент времени для планирования технического обслуживания, предупредительных ремонтно-восстановительных или регламентных работ, позволяющих поддерживать требуемый уровень надежности.

Оценка состояния СПА на фиксированный момент времени для планирования этих работ является весьма сложной вероятностной задачей, в особенности для малых промежутков времени [1].

Предлагаемые модели для оценки нестационарного состояния установок пожарной автоматики позволяют рассчитывать состояние систем на краткосрочный и долгосрочный периоды, сроки обновления их технической базы, а также плановые сроки замены их элементов с использованием относительно простой в вычислительном отношении схемы.

В современной теории надежности можно выделить несколько методологи­ческих направлений, доминирующее положение среди которых занимает вероят­ностно-статистическое направление. Его методология базируется на эмпирически установленном факте статистической устойчивости частоты отказов, позволяю­щем активно использовать аксиоматику теории вероятностей и теории массового обслуживания.

Расчет надежности в рамках вероятностно-статистического подхода осно­ван на построении структурной схемы надежности исследуемой системы (модели надежности). При построении модели надежности системы для каждого ее эле­мента допускаются обычно лишь два возможных состояния — полной работоспо­собности или полного отказа. Точно так же предполагается, что и система может находиться лишь в двух состояниях — полной работоспособности или полного от­каза. Всякая возможность частичного функционирования всей системы или ее элементов исключается. Таким образом, любая реальная система при расчетах ее надежности заменяется некоторой логической (булевой) моделью. Различные ее модификации, — например, модель в виде дерева отказов и даже Марковская мо­дель с конечным множеством состояний — не меняют принципиального характера модели надежности. Основной расчетной характеристикой надежности элементов таких моделей является интенсивность отказов [2].

Методы этого направления достаточно просты, удобны для инженерных расчетов и не требуют в большинстве своем применения современных средств вычислительной техники, так как решение основных задач в рамках этого на­правления удается получить в замкнутой форме.

В то же время двухуровневые модели, используемые при вероятностно- статистическом подходе, не отражают связи показателей надежности с выполне­нием объектом заданных функций, т.е. модели не функциональны. Процесс же разработки технических объектов в большинстве своем связан с исследованиями, основанными именно на функциональных моделях (физических, математических или комбинированных). Функциональная модель надежности должна отражать связи между заданными функциями (выходными параметрами) системы и пара­метрами ее элементов; между заданными функциями системы и эксплуатацион­ными факторами; между функциями элементов и физико-химическими процесса­ми, вызывающими изменения их параметров в процессе эксплуатации; между различными видами априорной информации о процессах изменений параметров элементов и системы в целом.

Заметим также, что использование вероятностно-статистического подхода не дает положительных результатов при решении задачи обеспечения надежности уникальных объектов, систем пожарной сигнализации и пожаротушения как систем ответственного назначения, для которых отказы не являются массовым и статистически устойчивым явлением.

Наиболее общим и перспективным представляется исследование вопросов надежности технических систем с позиций теории блуждания точки в фазовом пространстве. Модель надежности этого типа была предложена Б.В. Гнеденко в работе [3]. Она позволила обнаружить глубокую связь теории надежности с об­щей теорией случайных функций и сформулировать методологию подхода, кото­рый можно назвать функционально-параметрическим (ФП-подходом).

Функционально-параметрический подход естественным образом следует из общепринятого определения надежности как свойства объекта сохранять в ус­тановленных пределах значения всех параметров, характеризующих его способ­ность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях примене­ния. В соответствии с этим математическая модель для расчета надежности должна отражать связь показателей надежности с выполняемыми объектом функ­циями, условиями и временем эксплуатации.

Основные положения функционально-параметрического подхода

 

В основу ФП-подхода к задаче обеспечения надежности технических сис­тем положены следующие основные принципы [3].

1. Процесс функционирования объекта и его техническое состояние в лю­бой момент времени определяются конечным набором некоторых переменных -параметров объекта.
2. Выполняя определенные функции, любая техническая система находится во взаимодействии с окружающей средой, человеком, подсистемой управления, компонентами технологического процесса (обрабатываемыми материалами, сырьем, энергией, реагентами и т.д.). При этом возникают разнообразные при­чинно-следственные связи как формы проявления универсальной связи явлений в природе.
3. Накопление различных воздействий на систему приводит к эволюции ее показателей (изменениям параметров) и вследствие этого — к возможности пере­хода в иное качественное состояние.
4. Технический объект невозможно изолировать от влияния внешней среды, в которой он работает, нельзя остановить процессы, протекающие в нем при осу­ществлении рабочих функций, исключить последствия технологических процес­сов, применявшихся при его изготовлении. Все виды энергии (механическая, теп­ловая, электромагнитная) воздействуют на объект и вызывают в нем обратимые и необратимые процессы, изменяющие (ухудшающие) его начальные характери­стики.
5. Отказы являются следствием отклонений параметров от их исходных (номинальных, расчетных) значений. Формой проявления отказа является выход параметров за пределы области допустимых значений (области работоспособно­сти).
6. Если процессы изменения параметров наблюдаемы, прогнозируемы и управляемы, то существует принципиальная возможность предотвращения отка­зов.
7. В рамках ФП-подхода задачи расчета и обеспечения надежности, возни­кающие на этапах проектирования, производства и эксплуатации, взаимосвязаны: все они могут быть представлены как разновидности задачи управления случай­ными процессами. Их решение должно основываться на результатах прогнозиро­вания процессов изменения параметров (технического состояния) и надежности исследуемых объектов. При разработке методов прогнозирования и управления необходимо учитывать как специфику случайных процессов дрейфа параметров (они относятся к классу нестационарных и локально управляемых), так и особен­ности самого управления, которое имеет вид импульсной коррекции.

Возможность и целесообразность создания ФП-подхода не только следуют из недостатков классического подхода к задаче обеспечения надежности, но и оп­ределяются успешным развитием методов математического моделирования сложных систем, автоматизации математического описания процессов их функ­ционирования, а также методов исследования надежности по постепенным отка­зам (параметрической надежности) [2,4].

В рамках ФП-подхода обеспечение надежности  систем автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения основано на создании и оптимальном использовании запасов (резервов) допусти­мых вариаций параметров системы, контроле определяющих параметров, прогно­зировании их изменений с целью предотвращения их выхода за допустимые пре­делы и коррекции параметров в виде настроек или замен элементов, выработав­ших свой ресурс [2,5]. Задачи обеспечения надежности удалось при этом представить в несколько расширенной форме задач параметрического синтеза.

Основные идеи функционально-параметрического подхода могут быть ис­пользованы и при решении достаточно широкого круга задач теории рисков, тео­рии безопасности и живучести [4-6].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пицык, В.В. Методика расчета состояния измерительных систем с параметрическими отказами [Текст]/ В.В. Пицык, Л.В. Суховерхова, Е.Г. Гамаюнов. // Метрология — 2011. — № 10 — С. 45 — 56.
2. О.В. Абрамов. Возможности и перспективы функционально-параметрического направления теории надежности // Информатика и системы управления,, 2014,, №4((42)). Надежность и техническая диагностика. -С.64-77.
3. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. -М.: Наука, 1965.
4. Абрамов О.В. Функционально-параметрический подход в задачах обеспечения надежности технических систем // Надежность и контроль качества. — 1999. — № 5. — С.34-45.
5. Назаров Д.А. Использование областей работоспособности для оптимального выбора номи­налов параметров // Информатика и системы управления. — 2011. — № 2. — С.59-69.
6. Абрамов О.В. Анализ и прогнозирование техногенных рисков // Информатика и системы управления. — 2012. — № 3. — С.97-105.[schema type=»book» name=»ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПОЖАРНОЙ АВТОМАТИКИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ» description=»В статье рассмотрены основные положения, возможности и перспективы использования функционально-параметрического подхода теории надежности в задачах обеспечения эксплуатационной надежности, безопасности и живучести технических устройств автоматических установок пожарной автоматики.» author=»Ломаев Евгений Николаевич, Федоров Андрей Владимирович, Гаплаев Азиз Ахмед-Беширович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]