SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Показатели надежности и инженерная практика

В статье рассматриваются основные понятия надежности систем автоматического управления и методика их практического применения в промышленности. Показано, что при определении требований к надежности системы управления необходимо исходить из надежности выполнения ею наиболее ответственных функций как основного элемента, определяющего безопасность и экономические параметры работы технологического процесса.

ЗАО ПК «Промконтроллер», г. Москва

Tecon.jpg



Инженерный и производствен­но-технический персонал на практике зачастую сталкивается с задачами формирования требований к показателям надежности или с необходимостью обоснованного выбора одного из вариантов технических решений для реконструируемой или вновь создаваемой системы автоматического управления или защиты. Решение такого рода задач требует ясного понимания смысла применяемых показателей надежности, а также влияния значений выбранных показателей надежности на производственную деятельность и безопасность.

В современной экономической ситуации сотрудникам, отвечающим за модернизацию производства, при выборе оптимального варианта будущей системы наряду с техническими данными приходится анализировать сметы затрат и оценивать их обоснованность. Поэтому ясное понимание смысла показателей надежности становится фактором оптимизации не только для систем управления производственного процесса, но и условием оптимизации издержек предприятия.

При определении требований к показателям надежности системы приходится сталкиваться с ситуацией, когда принятие решений, касающихся одного из элементов повышения надежности – резервирования элементов системы, осуществляется на основании сложившихся стереотипов. В практической работе нередки случаи, когда представители фирм, специализирующиеся в области безопасности, ссылаясь на недавно опубликованный ГОСТ Р МЭК 61508, выдвигают требования к резервированию модулей контроллера системы САУ/ПАЗ (модулей УСО или процессорного модуля) в зависимости от отнесения объекта к одной из групп согласно интегральным показателям безопасности. На наш взгляд, такой подход является упрощенным и не учитывает тот факт, что основным показателем безопасности является надежность выполнения функции, которая обеспечивает недопущение аварийных ситуаций, а в случае их возникновения переводит объект в безопасное состояние. Требования к надежности (а резервирование является одним из элементов обеспечения надежности) должны формироваться с учетом сопоставления потерь, связанных с отказами, и затрат, связанных с обеспечением надежности.

Предлагаемая статья рассчитана на инженера-практика (производ­ственника), занимающегося эксплуатацией автоматических и технических систем, и учитывает, что в его повседневную работу не входит работа с формулами из теории надежности и теории вероятности. Цель данной статьи – помочь инженерно-техническому персоналу правильно трактовать показатели надежности, которые встречаются в технической документации и значения которых требуется определить или оценить в процессе разработки вновь создаваемых или реконструируемых систем автоматического управления (САУ) и автоматических защит (ПАЗ).

Наша задача – доступным и понятным образом осветить некоторые наиболее проблемные, на наш взгляд, вопросы, касающиеся показателей надежности, и на простых примерах продемонстрировать влияние рассматриваемых показателей надежности на наиболее существенные характеристики системы. Изложение материала, представленного в литературе по теории надежности [1, 2, 3], остается за рамками данной статьи.

Как уже сказано выше, резервирование – это один из способов обеспечения заданных показателей надежности, а определение (задание) показателей надежности – это способ обеспечения обусловленных потребностями производства показателей безопасности и качества технологического процесса. В работах [1, 2, 5] указывается, что требования к резервированию и показателям надежности должны определяться на основе анализа технологического процесса и описания возможных аварийных ситуаций с учетом влияния социальных и экономических последствий отказа функций, выполняемых автоматизированной системой управления и защит. Другими словами, довольно часто требуется обеспечить не просто надежность системы, а определенную надежность отдельных функций системы, ответственных за безопасность технологического процесса или обеспечивающих минимизацию экономических потерь.

В производственной практике встречаются случаи, когда требования к резервированию отдельных элементов системы, сделанные в ожидании улучшения качественных характеристик и получения системы с высокой надежностью, оборачиваются высокой интенсивностью отказов в системе, что вызывает рост объема работ обслуживающего персонала и требует увеличения затрат на приобретение большого количества запасных элементов (ЗИП).

Для подсистем автоматических защит, выполняемых на контроллерной технике, требования по резервированию модулей контроллера, дублированию, а в некоторых случаях и троированию (резервированию с кратностью три), выдвигаются без должного предварительного анализа, а вопрос об их обоснованности воспринимается как кощунственный: «Это же система защит!» Такой подход обусловлен исторически сложившимся мнением, что резервирование является необходимым условием в подсистемах ПАЗ. Мы исходим из утверждения, что выдвигаемые требования должны быть обоснованы и направлены на максимальное повышение эффективности решения поставленной задачи. Чтобы оценить реальную эффективность принятых решений, необходимо ответить на один вопрос: «Какие задачи мы пытаемся решить, выставляя требования на резервирование тех или иных модулей?»

Поскольку повышенные требования к надежности и резервированию существенно влияют на стоимость внедрения и обслуживания системы, набор таких критериев должен формироваться на основании некоторого компромисса между приемлемым уровнем безопасности, с учетом рисков, и затратами на его достижение. Другими словами, обоснованность требований к надежности системы должна определяться ожидаемым экономическим эффектом от их выполнения. Кроме того, необходимо ясно представлять себе тот факт, что применение резервирования, увеличивая надежность отдельных узлов системы, повышает стоимость системы, а значит, ухудшает ее экономические показатели. Вводя в систему резервирование элементов, мы преследуем цель увеличить надежность некоторых выполняемых системой функций, однако при этом в системе возрастает общее число элементов и увеличивается частота отказов.

В настоящей статье рассмотрены следующие вопросы:
1) показатель надежности – «вероятность безотказной работы»;
2) показатель надежности – «среднее время безотказной работы»;
3) решаемая задача определяет требования к показателям надежности;
4) повышение надежности системы путем резервирования наиболее ненадежных элементов;
5) время восстановления в системах с дублированием элементов оказывает существенное влияние на надежность системы;
6) обоснованность требований на резервирование отдельных элементов системы с кратностью три.