На главную страницу Rambler's Top100

О журнале

Архив

Разделы

Полезные ссылки

Rambler's Top100

Yandex.CN Сделано для России , тематический каталог отборных русских сайтов.

 

Чернявский Г.И.

кандидат технических наук,
доцент
  • Энергобезопасность в документах и фактах №2, 2006

    Адаптивное управление техническим состоянием
    и безопасностью эксплуатации сложных
    технических систем в условиях
    ресурсных ограничений


    Изменения в экономической сфере, которые произошли в нашей стране за последние десятилетия, привели к необходимости поиска возможностей широкого применения ресурсосберегающих технологий во всех отраслях экономики. На практике это проявляется в принятии новых ресурсосберегающих концепций эксплуатации сложных технических систем (СТС). Суть этих концепций состоит в широком внедрении в практику систем мониторинга и прогнозирования технического состояния эксплуатируемых СТС с целью повышения достоверности и оперативности информации для принятия решений, определяющих порядок их дальнейшей эксплуатации.

    Несмотря на множество проводимых исследований и значительные средства, привлекаемые для исследования проблемы обеспечения требуемой надежности СТС, ее нельзя считать до конца решенной в теоретическом плане. Данный факт проявляется, прежде всего, в том, что до настоящего времени не разработаны научно-теоретические основы адаптивного управления техническим состоянием СТС, отсутствуют адекватные показатели эффективности и методики их оценки. Вследствие этого решение проблемы обеспечения требуемой надежности и безопасности СТС в условиях продления установленных сроков эксплуатации требует изыскания и внедрения новых методов управления.

    Экономические трудности, переживаемые страной, и как следствие этого – недостаточный уровень финансирования привели к тому, что от 70 до 90% СТС военного назначения [1], а также предприятий промышленности, энергетики эксплуатируются на основании решений о продлении назначенных показателей ресурса и срока службы. Такие решения принимаются с учетом текущего технического состояния СТС, но при этом, как правило, упускаются вопросы, связанные с прогнозом изменения его технического состояния и безопасности эксплуатации. Причиной этого является отсутствие хорошо разработанного методического аппарата индивидуального прогноза изменения технического состояния как составных частей и систем, так и СТС в целом.

    Реальный уровень финансирования промышленности и энергетики в настоящее время не позволяет проводить в полном объеме модернизацию и замену СТС, выработавших установленные сроки эксплуатации. При этом их дальнейшая эксплуатация в условиях действующих ограничений требует применения дополнительных компенсационных мер организационного и технического характера для обеспечения заданного уровня надежности.

    Анализ отечественных и зарубежных работ по управлению ресурсами сложных технических систем показывает, что в настоящее время научно-методический аппарат, позволяющий реализовать современную концепцию адаптивного управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации, недостаточно разработан, что является препятствием для повышения эффективности системы поддержания СТС в готовности к применению по назначению. Отсюда следует вывод об актуальности проблемы разработки методов адаптивного управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации СТС в условиях ресурсных и финансовых ограничений.

    Противоречие между требованиями к надежности СТС и возможностями системы поддержания в исправном состоянии в условиях ресурсных и финансовых ограничений указывает на наличие проблемы - недостаточную эффективность управления их техническим состоянием и безопасностью эксплуатации.

    Под ресурсами понимаются: силы и средства технического обслуживания; технический ресурс СТС, характеризующий их фактическое состояние, запасы долговечности, возможные сроки продления эксплуатации; выделенное финансирование; запасы ресурсов составных частей; состав и структура ЗИП.

    В настоящее время при эксплуатации СТС в основном принята "жесткая" стратегия технического обслуживания. Использование только априорной информации и применение "жестких" стратегий технического обслуживания эквивалентно построению разомкнутой системы программного управления по задающему и возмущающему воздействию [2]. Очевидно, что в качестве объекта управления в такой системе будет техническое состояние СТС, управляющим устройством - мероприятия технического обслуживания, воздействующие на объект с целью поддержания его в исправном и работоспособном состоянии.

    Адаптивными называют системы [3], в которых недостаток априорной информации восполняется за счет более полного использования текущей (апостериорной) информации.

    Использование апостериорной информации о текущем техническом состоянии с коррекцией параметров программы поддержания СТС на основе оценки и прогноза его изменения (реализация "гибких" стратегий ТО) приводят к замкнутым адаптивным системам управления техническим состоянием.

    Решение проблемы управления техническим состоянием СТС предполагает преодоление различий между желаемым и фактическим результатами функционирования системы поддержания СТС в готовности к выполнению установленных функций. При этом новизна и комплексный характер рассматриваемых вопросов требуют разработки соответствующего специального методического аппарата адаптивного управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации.

    Решение рассматриваемой проблемы должно основываться на анализе и оценке фактического технического состояния СТС, прогнозе его изменения в процессе эксплуатации, оценке остаточного ресурса, корректировке параметров программы поддержания и функционирования в процессе эксплуатации.

    Наряду с управлением техническим состоянием первостепенное значение имеют вопросы обеспечения безопасности эксплуатации СТС. В конце 1980-х годов была сформулирована Государственная научно-техническая программа (ГНТП) "Безопасность". Её целью была разработка научных основ, методов, системы нормативно-технических средств, обеспечивающих безопасность населения и окружающей природной среды, функционирования и развития народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных, техногенных и природно-техногенных аварий и катастроф с региональными и глобальными экономическими и экологическими последствиями. В ГНТП "Безопасность" отмечено, что "... реальное обеспечение безопасности человека, сложных технических систем и окружающей среды возможно только на путях постановки на национальном, региональном и международном уровнях четырех базовых проблем:

    - разработка фундаментальных основ теории техногенных и природных аварий и катастроф, теории защиты и безопасности;

    - переход к проектированию, созданию и эксплуатации потенциально опасных производств и объектов на базе новых критериев, методов и средств обеспечения безопасности;

    - создание методов и средств оповещения, защиты и спасения людей, а также ведения восстановительных работ в зонах возникновения и развития катастроф;

    - создание единой национальной, региональной и международной нормативно-законодательной базы по техническому, правовому и экономическому регулированию вопросов безопасности".

    Действительно, научный подход к проблеме безопасности требует проведения комплексного анализа, классификации аварий и катастроф с учетом характера и размера их последствий, основных поражающих факторов; учета предельных параметров прочности, износостойкости, виброактивности, акустики, сейсмостойкости, механики разрушения, надежности, риска и живучести технических объектов, персонала и окружающей среды. Для решения указанных вопросов необходимы соответствующие методы математического моделирования на ЭВМ, физические модели возникновения и развития катастроф и т.д.

    В настоящее время в теории обеспечения безопасности сложных технических систем пройдено два больших этапа. На первом этапе предполагалось, что надлежащие инженерные решения, организационные меры, квалифицированные и дисциплинированные сотрудники могут обеспечить абсолютно надежное функционирование сколь угодно сложных технических или социально-технологических систем. Такой взгляд получил название теории абсолютной надежности [4]. Однако жизнь заставила скорректировать его. Начиная с определенного порога сложности, приходится иметь дело с вероятностными характеристиками аварий и катастроф в природной и техногенной сфере. Снижение соответствующих вероятностей до недавнего времени и рассматривалось как один из главных путей управления риском. Поэтому появился вероятностный подход к анализу надежности сложных технических систем. Трудности его применения заключаются в том, что приходится сталкиваться с редкими событиями и уникальными конструкциями, для которых корректно определить соответствующую вероятность очень трудно, поскольку, с одной стороны, нет достаточной статистики, чтобы опираться на опыт, а с другой - нет теории, которая позволяла бы выводить эти величины исходя из первых принципов [4].

    Традиционный подход теории надежности, связанный с построением дерева отказов, учитывает лишь простейшие взаимосвязи между элементами сложной системы, в то время как для сложных систем характерно взаимное влияние различных элементов, более сложные причинно-следственные связи.

    Поскольку зачастую "слабым звеном" является человек, то состояние сложной системы, ее безопасность нельзя оценивать без учета человеческого фактора. Отсюда возникает проблема комплексной оценки риска в социально-технологических системах.

    В настоящее время значительный риск для обслуживающего персонала и населения представляют потенциально опасные объекты СТС, с которыми связаны аварии и катастрофы, приводящие к чрезвычайным техногенным ситуациям. К таким объектам относятся промышленные и научно-исследовательские установки ядерной энергетики, химической промышленности, установки и комплексы вооружения военных систем, обладающие значительной потенциальной опасностью.

    Рассмотренные особенности эксплуатации СТС обостряют проблему обеспечения ее безопасности. Острота и важность данной проблемы усугубляются тем, что она на научном уровне на сегодняшний день недостаточно разработана, а на инженерном уровне решается интуитивно. При этом практически отсутствует научно-методический аппарат нормирования требований к безопасной эксплуатации СТС, ее анализа, а также обоснования методов обеспечения ее требуемого уровня.

    Приведенные выше рассуждения показывают актуальность исследований, направленных на разработку методов оценивания, анализа и обеспечения безопасности эксплуатации СТС с учетом фактического технического состояния их оборудования и функционального состояния обслуживающего персонала.

    В настоящее время требования к эффективности систем обеспечения безопасности жизнедеятельности задаются, как правило, в качественной форме и трактуются однозначно - система обеспечения безопасности должна полностью исключить происшествия. Однако практика показывает, что ежегодно в процессе эксплуатации СТС возникает определенное число происшествий: катастрофы, аварии и поломки различных агрегатов и систем, гибель, увечье, травмы с временной потерей трудоспособности, профессиональные заболевания обслуживающего персонала и другие негативные события.

    В соответствии с этим, современная концепция обеспечения безопасности признает наличие опасности жизнедеятельности, и как следствие этого, возникает необходимость определения приемлемого уровня опасности, разработки механизма обеспечения этого уровня и внедрение такого механизма в практику эксплуатации СТС.

    Для достижения поставленных целей необходимо на основе современных математических методов управления сложными организационно-техническими системами разработать научно-методический аппарат, позволяющий по результатам реальной оценки (достоверной информации о существовании предпосылок к аварийным ситуациям в СТС) принимать соответствующим органам своевременные управленческие решения по предупреждению возможных чрезвычайных ситуаций. Это требует заблаговременного прогнозирования динамики изменения опасности СТС и принятия адекватных компенсационных мер.

    Таким образом, имеющееся противоречие между заданным уровнем безопасности СТС, с одной стороны, реальным техническим состоянием, возможностями системы обеспечения безопасности по предупреждению недопустимого риска и уровнем финансирования с другой указывает на наличие проблемы, заключающейся в достижении приемлемого баланса между безопасностью СТС, заданными характеристиками их эффективности и экономической целесообразностью реализации программ обеспечения безопасности в условиях продления сроков эксплуатации, финансовых и других ограничений.

    Большое число случайных опасных факторов, действующих на СТС в условиях послегарантийной их эксплуатации, и отсутствие универсального метода, позволяющего выявить наиболее значимые связи, определяющие возможность наступления аварийных ситуаций, существенно осложняют решение проблемы прогнозирования безопасности того или иного вида работ, систем, оборудования или технологических эксплуатационных процессов. Многофакторный корреляционный анализ и другие методы математической статистики до сих пор не дали положительных результатов, что указывает на необходимость нового подхода к решению проблемы. При этом проблема исследования критических ситуаций и факторов, которые могут представлять определенную опасность для человека, а также поиска и обоснования комплекса мер и средств по их исключению или снижению вредного влияния характеризуются следующими особенностями:

    - большим количеством факторов опасных ситуаций и необходимостью выявления источников и причин их возникновения;

    - необходимостью выявления и изучения полного спектра, возможных мер и средств парирования опасных факторов с целью обеспечения безопасности;

    - иерархической структурой опасных факторов и необходимостью проведения многоуровневого анализа их влияния на безопасность.

    Эти особенности не позволяют в полной мере судить о проблеме в целом на основе анализа лишь отдельных кризисных ситуаций и факторов, здесь требуется системный анализ данной проблемы.

    Исходя из вышеизложенного, для обеспечения эффективного управления техническим состоянием и безопасностью СТС необходимо решение целого ряда таких проблем как:

    - получение новых научных результатов, позволяющих количественно описывать техническое состояние и свойство безопасности СТС;

    - разработка соответствующих методик прогнозирования изменения технического состояния, оценивания и задания требований к соответствующим количественным показателям безопасности;

    - исследование динамики изменения технического и безопасного состояния СТС при различных управляющих воздействиях и времени их реализации;

    - построение методик оценки прогнозируемого эффекта от эксплуатации СТС в различных технических состояниях и затрат на обеспечение приемлемого риска в этих состояниях;

    - разработка методик оценки затрат на реализацию различных управляющих воздействий по обеспечению требуемой надёжности и безопасности СТС;

    - формирование рекомендаций лицу, принимающему решение, по рациональному выбору комплекса мер (управляющих воздействий) по переводу СТС в менее опасное состояние с учетом эффективности, стоимостных и временных затрат на их осуществление.

    Научные разработки в этом направлении ведутся в различных организациях и научно-исследовательских учреждениях. Ими получен ряд существенных научных и практических результатов, обеспечивающих безопасность эксплуатации СТС. Особенностью имеющихся исследований и публикаций по управлению техническим состоянием и безопасностью эксплуатации СТС является обособленное рассмотрение отдельных чрезвычайных ситуаций, как правило, на качественной основе, без должной их систематизации. Поэтому проблема разработки подходов к систематизированному анализу на количественной основе вопросов управления техническим состоянием и безопасностью СТС давно назрела.

    ЛИТЕРАТУРА

    1. Мясников. В. Такая армия государству не по карману
    Независимое военное обозрение. 2005. №1.

    2. Северцев Н. А. Надёжность сложных систем в эксплуатации и отработке.
    М.: Высшая школа, 1989. 432 с.

    3. Червоный А. А., Лукьященко В.И., Котин Л. В. Надежность сложных систем.
    М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

    4. Браун Дэвид Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности: Системный подход в технике безопасности
    Пер. с англ. А.Н. Жовинского. М.: Машиностроение, 1979. 360 с.

  • © «Московский институт энергобезопасности и энергосбережения»
    Полное или частичное использование материалов возможно только с разрешения редакции.
    Политика в отношении персональных данных
    Зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи и охраны культурного наследия. Свидетельство ПИ № ФС77-28742

    webmaster: webmaster@endf.ru