Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ автоматизированного диспетчерского управления транспорта газа и проблемы надежности 10
1.1. Технологический процесс транспорта газа и характеристики основных активных элементов 13
1.1.1. Обзор парка ГПА в транспорте газа на примере газотранспортного предприятия 15
1.1.2. Характеристики САУ ГПА 18
1.1.3. Анализ технического состояния ГПА и САУ ГПА 20
1.2. Анализ функционирования автоматизированной системы диспетчерского управления газотранспортного предприятия 24
1.3. Тенденции развития АСУ ТП и актуальность оценки надежности по статистическим данным об отказах систем диспетчерского управления транспортом газа. Постановка задачи исследования ... 29
1.4. Выводы 33
Глава 2. Информационно-аналитическая система оценки и мониторинга надежности в транспорте газа; методика оценки показателей надежности и архитектура системы 34
2.1. Структура и состав информационно аналитической системы оценки и мониторинга надежности; рекомендации к реализации системы в АСДУЕСГ 35
2.1.1. Архитектура информационно-аналитической системы 37
2.1.2. Программное обеспечение; инструментальные средства разработки 39
2.1.3. Экранные формы; алгоритм работы пользователя 42
2.1.4. Перспективы развития информационно-аналитической системы оценка и мониторинг надежности АСДУ 48
2.2. Математическое обеспечение 50
2.2.1. Методика оценки и мониторинга надежности активных элементов в АСДУ; обзор основных математических моделей оценки надежности в транспорте газа и характеристики понятия «надежности» в стандартах 51
2.2.2. Структура математического обеспечения и разработка рекомендаций по организации математического обеспечения системы 57
2.2.2.1. Модели оценки надежности для эксплуатируемых систем 58
2.2.2.2. Модели оценки надежности для проектируемых систем 65
2.2.2.3. Нечеткие модели оценки качества обслуживания 76
2.3. Выводы 81
Глава 3. Разработка математического обеспечения информационно- аналитической системы для АСДУ транспортом газа; экспериментальные исследования 83
3.1. Характеристика процесса сбора и накопления статистических данных 83
3.2. Методика обработки статистической информации и основные алгоритмы расчета 84
3.2.1. Решение задачи кластеризации объектов по наработке и отказам 88
3.2.2. Анализ выборки по отказам для этапа приработки агрегатов типа ГПА-Ц-16 92
3.2.3. Анализ выборки по отказам для этапов нормальной эксплуатации и старения агрегатов типа ГПА-Ц-6,3 101
3.3. Обработка результатов применения нечеткой модели для оценки качества эксплуатационного обслуживания 116
3.4. Разработка рекомендаций для диспетчерских служб 120
3.5. Выводы 121
Заключение 123
Библиографический список литературы 125
Приложение
- Анализ функционирования автоматизированной системы диспетчерского управления газотранспортного предприятия
- Тенденции развития АСУ ТП и актуальность оценки надежности по статистическим данным об отказах систем диспетчерского управления транспортом газа. Постановка задачи исследования
- Перспективы развития информационно-аналитической системы оценка и мониторинг надежности АСДУ
- Анализ выборки по отказам для этапов нормальной эксплуатации и старения агрегатов типа ГПА-Ц-6,3
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП) транспортом газа проявились две основные тенденции развития. Первая тенденция определена переходом к управлению локальными объектами на уровень автоматического управления. Вторая тенденция связана с формированием и развитием автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) как магистрального направления развития АСУТП.
Старение технологического оборудования Единой системы газоснабжения (ЕСГ) определило необходимость реконструкции и технического перевооружения газотранспортных систем (ГТС), правила осуществления которых должны базироваться на текущих и прогнозируемых значениях показателей эксплуатационной надежности базовых объектов ГТС ЕСГ.
Указанные обстоятельства делают актуальным построение и введение в АСДУ транспортом газа автоматизированной подсистемы мониторинга, анализа, расчета и прогнозирования основных показателей эксплуатационной надежности базовых объектов ГТС ЕСГ. В настоящее время в газотранспортных предприятиях имеющаяся информация об отказах носит фрагментарный характер и не в полной мере используется для расчета показателей эксплуатационной надежности и их прогнозирования.
Решение проблемы оценки и мониторинга надежности в АСДУ должно охватывать следующие уровни:
технологический уровень (газоперекачивающие агрегаты (ГПА), трубопроводные системы и др.);
уровень автоматизации управления (системы автоматического управления газоперекачивающих агрегатов (САУ ГПА), системы линейной телемеханики и др.);
- уровень человеко-машинного управления (система диспетчер -
информационно-управляющая система (ИУС)), включающий
надежность функционирования диспетчера, средства вычислительной
техники и связи, программное обеспечение и др., т. е. всю цепочку
элементов, обеспечивающую выполнение некоторой функции
автоматизированного диспетчерского управления.
Получение практических результатов по оценке и мониторингу надежности применительно к гетерогенной системе, какой является автоматизированная система диспетчерского управления, затруднительно по ряду причин, основными из которых являются:
отсутствие консолидированной информации по отказам оборудования, средств и систем автоматики;
отсутствие моделей и методов расчета применительно к АСДУ. Актуальность поставленной в диссертационной работе проблемы
обусловлена необходимостью обеспечения растущих требований к надежности систем поставок газа в условиях недостатка специализированных информационных систем, интегрирующих информацию об отказах и математические модели оценки и прогнозирования показателей надежности.
Целью работы является разработка информационно-аналитической системы (ИАС) «Оценка и мониторинг надежности для АСДУ трубопроводным транспортом газа».
В качестве первоочередной проблемы предлагается рассмотреть оценку и мониторинг надежности двухуровневой системы, включающей активный элемент, т. е. ГПА и САУ ГПА. Газоперекачивающие агрегаты являются технологически активными элементами ГТС и играют важную роль в надежном и эффективном функционировании ГТС.
Для достижения поставленной цели на различных этапах исследования были решены следующие задачи:
- проведен анализ состояния задач оценки надежности ГПА, САУ ГПА и
других базовых элементов в АСДУ (АСУТП);
разработана архитектура ИАС оценки и мониторинга надежности для АСДУ (АСУТП) транспортом газа (на примере ГПА и САУ ГПА);
разработаны математическое обеспечение и методики, позволяющие решить задачи оценки и мониторинга надежности функционирования активных элементов ГТС;
разработана система паспортизации активных элементов и их событий;
разработано программное обеспечение ИАС;
проведена апробация и практическое применение разработанной ИАС на газотранспортном предприятии (ГТП).
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Разработана архитектура ИАС «Оценка и мониторинг надежности
для АСДУ (АСУТП)»;
Разработана система моделей ИАС, позволяющая оценивать и проводить мониторинг надежности функционирования активных элементов ГТС, прогнозировать показатели надежности на основе статистической информации об отказах, консолидируемой в едином информационном пространстве;
Предложена модель оценки качества обслуживания активных элементов ГТС;
4. Сформирован новый контур управления, позволяющий использовать
обработанную на моделях информацию об отказах для принятия решений по
планированию диспетчерских режимов, мероприятий технического
обслуживания и ремонтов (ТОиР) и замены оборудования.
Практическая значимость работы состоит в том, что на основе предложенных методов оценки и мониторинга надежности, созданной ИАС и интеграционного подхода к оценке надежности для АСДУ (АСУТП) предоставляется возможность мониторинга состояния технологических объектов и оценки показателей надежности (руководству диспетчерской службы), а также возможность принятия своевременных и обоснованных
решений по замене и восстановлению оборудования (руководству производственных служб).
Для вновь создаваемых или модернизируемых систем диспетчерского управления транспортом газа предлагается ввести новую систему, практически реализующую требование основной цели диспетчерского управления - бесперебойное снабжение газопоставок и «надежное обеспечение газом потребителей» (Федеральный закон № 63-ФЗ).
Апробация работы. Работа прошла апробацию на экспериментальном материале, ИАС введена в опытную эксплуатацию на базе филиала кафедры «Автоматизированные системы управления» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в ООО «Газпром трансгаз Москва». Результаты исследования обсуждались и получили положительную оценку на заседаниях научно-технических советов 000 «Газпром трансгаз Москва», ОАО «Газпром автоматизация», а также на научных семинарах в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Полученные в ходе исследований результаты были использованы на курсах повышения квалификации диспетчерского персонала ОАО «Газпром» в УИЦ РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
Основные положения работы докладывались на 8-й Всероссийской научной конференции, посвященной 80-летию РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2011), Международной научно-технической конференции «Автоматический контроль и автоматизация производственных процессов» (Минск, 2009) и др.
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 11 работ, в том числе 5 работ в изданиях, включенных в список ВАК РФ для обязательной публикации. Четыре публикации выполнены без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех
основных глав и заключения, изложена на 140 страницах, содержит 10
таблиц, 39 рисунков, список литературы из 90 наименований и 5
приложений.
Анализ функционирования автоматизированной системы диспетчерского управления газотранспортного предприятия
Анализ АСУ технологическими процессами, в том числе и в газовой отрасли, выявил две основные тенденции развития, сформировавшиеся под действием научно-технического прогресса (НТП), мощным катализатором которого справедливо считают IT - информационные технологии, что показано на рисунке 1.8. Это автоматизированное диспетчерское управление. переход к безлюдной технологии.
Эти тенденции дополняют друг друга, так как на локальных объектах нижнего уровня происходит переход к автоматическому управлению, а на верхнем уровне - к «человеко-машинной» системе управления, а точнее к системе «диспетчер - программно-технические средства ИУС». Диспетчерское направление становится магистральным направлением развития АСУТП и требует автоматизации основных функций и средств поддержки принятия решений. Анализ уровней управления газотранспортными и газодобывающими предприятиями ОАО «Газпром» показывает, что диспетчер все дальше удаляется от объекта управления и в его деятельности важное место занимает интеграция управления технологическими процессами. Это отражено на рисунке 1.9.
В современных условиях, когда активно ведутся процессы автоматизации и информатизации управления, особую важность приобретает проблема надежного функционирования как объекта управления; так и системы управления. Становится необходимой оценка технического состояния этих систем и формирование показателей надежности, как локальных для разных уровней управления, так и глобальных.
Базовыми предприятиями газовой отрасли являются газотранспортные (ГТП) и газодобывающие (ГДП) предприятия. Управление технологическими процессами на этих предприятиях осуществляется диспетчерскими службами. В регламенте диспетчерской службы определено, что диспетчерам ОАО «Газпром» [74] надлежит обеспечить как надежность газопоставок (газоснабжения), так и контроль за состоянием технологического оборудования и ППР. Хотя задачи определены, но диспетчер не имеет в своем распоряжении каких-либо интегрированных показателей для оценки надежности системы. До настоящего момента времени диспетчер в качестве критериев управления и функционирования объекта использовал критерии экономического и экологического характера. Сейчас, когда число аварий снизилась, но ущерб от аварии существенно возрос, введение оценки надежности становится актуальной задачей.
Оценка надежности является отправной точкой для проведения планово-предупредительных работ, для замены оборудования, то есть аргументированным обоснованием для проведения требуемых диагностических мероприятий и профилактического обслуживания.
В настоящее время имеются трудности как с моделями для оценки надежности, так и с фактической информацией; эта информация весьма ограничена, носит локальный характер И не консолидирована. В основном в ГТП имеется информация, отражающая результаты диагностических испытаний технологического оборудования.
Итак, учитывая тенденции развития АСУТП, переход к безлюдной технологии управления локальными объектами и интеграции «управления ими-на уровне диспетчерского управления, и в соответствии с этим, необходимость консолидации всех действий по контролю за техническими1 состоянием технологического оборудования и систем, управления [79], является важным и своевременным организация системы «Оценка w мониторинг надежности для АСДУ (АСУ ТП)».
Структурные решения, связанные с введением в новый контур управления проектируемой. ИАС, отражены на рисунке Iі. 10: Пунктирно» линией выделены те компоненты, которые сейчас отсутствуют: это5 система и база данных по фактическим данным об отказах. Данное представление отражает подход к решению этой проблемы с позиций всех этапов жизненного цикла ГТС (временная ось), где особое внимание следует уделить этапу старения (деградации) оборудования и системам контроля надежности [86].
Одним из факторов научной новизны предложенного подхода является формирование нового контура управления. В предложенном в работе подходе необходимо рассматривать надежность, как функцию, которая охватывает три уровня: уровень технологического оборудования - ГПА, трубопроводные системы и др. уровень автоматики и телемеханики - системы автоматического управления газоперекачивающих агрегатов (САУ ГПА), системы линейной телемеханики и др.; уровень человеко-машинного управления (система диспетчер — информационно-управляющая система (ИУС)).
По состоянию на текущий момент информация о состоянии объектов ГТС не консолидируется в едином информационном пространстве. Система диагностики обеспечивает данными только о состоянии линейной части ГТС, информация о фактических отказах и событиях САУ ГПА консолидируется и хранится, как правило, в рамках конкретных отделов ГТП. Таким, образом, принятие решений формируется различными отделами ГТП наделенными определенными производственными функциями.
Отсутствие единой консолидированной информации о техническом состоянии основных технологических объектов ГТП отражают актуальность создания такой системы, обеспечивающей процессы сбора информации об отказах в единой ИАС.
Тенденции развития АСУ ТП и актуальность оценки надежности по статистическим данным об отказах систем диспетчерского управления транспортом газа. Постановка задачи исследования
В настоящее время более половины (60%) автоматизированных систем управления технологическими процессами объектов ГТС РФ эксплуатируются за пределами установленного ресурса, остальную часть составляют современные микропроцессорные системы. Согласно планам развития и реконструкции ЕСГ РФ, в ближайшие года предполагается существенное увеличение (более чем в два раза) применения микропроцессорные систем в управлении технологическими процессами ГТП и замены технологического оборудования. Такие улучшения, прежде всего, направлены на замену выработавшего ресурс технологического оборудования, а также продление ресурса работы эксплуатируемых АСУ ТП. Аналогичное состояние характеризует телемеханизацию линейных участков магистральных газопроводов, где согласно докладам отраслевых совещаний в настоящий момент не было телемеханизировано порядка трети линейных участков МГ.
Обеспечение необходимого уровня надежности и безопасности технологических объектов и производственных комплексов ЕСГ является актуальной и приоритетной задачей. Мероприятия, направленные на решение данной задачи, входят в состав в состав программ технического перевооружения, реконструкции и развития АСУ ТП объектов ОАО «Газпром».
Рассматривая динамику изменения средней наработки на отказ парка ГПАч предприятий, согласно отчетности ежегодных отраслевых совещаний, с 2006г. наблюдается динамика роста средней наработки на. отказ по газотранспортным предприятиям. Т.о. начиная с 2006г. по середину 2010г. рост показателя средней наработки на отказ составил более 28% и характеризует повышение надежности и обеспечения режимов эксплуатации активных элементов.
По результатам проведения на газотранспортном предприятии анализа статистических данных отказов технологического оборудования, повлекших за собой аварийные (АО) или вынужденные (ВО) остановы ГПА за период с 2005 по 2008гг., распределение причин остановов представлены на рисунке 1.11. На представленной диаграмме события были сгруппированы по укрупненным видам отказов и причинам остановов ГПА.
На основании представленных данных показана актуальность внедряемой ИАС, поскольку большее число отказов приходится на заводские дефекты, при этом, наличие обратной связи с системами управления качеством производителей оборудования является крайне необходимым.
Проводя анализ основных причин аварийных остановов (АО) и вынужденных аварийных остановов (ВАО) в период 2006-2010гг. выявлено троекратное снижение количества АО и АВО. Наибольшее количество отказов пришлось на выход из строя приводных двигателей авиационного типа, отказы САУ ГПА. Аналогичным образом проведен анализ распределения отказов программно-технических средств по САУ ГПА. В результате была получена сравнительная характеристика удельного числа отказов для различных САУ ГПА.
Постановка задачи исследования. В результате проведенного в работе анализа показано, что, при условии необходимости сравнительных оценок критериев надежности, отсутствуют информационные системы обеспечивающей оценку и мониторинг таких показателей. Информация об отказах основного технологического оборудования носит фрагментарный характер и зачастую консолидирована только в рамках отдельных служб предприятия. Тем самым показано, что такая целостная характеристика надежности объекта управления, не может быть представлена диспетчеру ГТП. Зачастую диспетчер основывается на экспертных данных о надежности объектов управления, но нет ни одной информационной системы их обеспечивающих. В ГТП отсутствуют расчеты на основании реальной эксплуатационной статистики отказов.
Таким образом, при принятии управленческих решений информационной базой для диспетчера и руководителей производственных служб являются знания об объекте управление и паспортные характеристики. Для ГТП корпоративной системой сбора данных является ССД «Инфотех». Информационное обеспечение данной системы предназначено для обеспечения отчетности на более высоком уровне управления и. не предоставляет актуальные данные о показателях надежности необходимые диспетчерским и эксплуатационным службам.
С учетом ранее указанных факторов и текущего состояния информационного обеспечения эксплуатационными показателями надежности на ГТП возникает необходимость создания специализированных информационных систем, интегрирующих информацию об отказах и математические модели оценки и прогнозирования показателей надежности.
Наряду с экономическими и экологическими критериями надежность становится одним из важнейших критериев, функционирования систем и процессов, причем интерес представляет надежность не только отдельных элементов, но и всей системы в целом. Роль показателей надежности в стремительно развивающейся теории рисков является еще одним подтверждением необходимости качественно нового взгляда на решение проблемы оценки надежности [21].
Проблемы управления развитием автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) транспортом газа могут решаться только-при условии работоспособности их технической части [18]. Следовательно,-необходимо производить контроль технического состояния объекта управления и в первую очередь оценивать надежность функционирования газоперекачивающих агрегатов (ГПА) [81] и трубопроводной системы (ТС) [67]. Вышеуказанное состояние решения задач в области оценки и мониторинга показателей надежности элементов в АСДУ (АСУ ТП) определяет, постановку задачи исследования, состоящую из следующих этапов: разработка архитектуры ИАС оценки и мониторинга надежности для АСДУ (АСУ ТП) транспортом газа; разработка математического обеспечения и методик; разработка системы паспортизации активных элементов и их событий; разработка программного обеспечения ИАС; - проведение апробации и практическое применения на ГТП.
Перспективы развития информационно-аналитической системы оценка и мониторинг надежности АСДУ
Настоящее время- характеризуется высоким динамизмом развития и внедрения новых информационных технологий. Процессы старения оборудования и появление новых требований к надежности газопоставок и безопасности энергоснабжения протекают параллельно. В этих условиях актуально не только создание информационно-аналитической системы. оценки и мониторинга надежности, но и ее непрерывное совершенствование. Практически, разработка и внедрение в эксплуатацию такого рода, систем обеспечивает новый контур управления техническим состоянием- системы, основанный на использовании статистической информации.
В работе рассматривается только лишь двухуровневый объект (ПТА — САУ ПТА). Практически необходимо расширить данную информационно-аналитическую систему информацией о состоянии линейных участков для того чтобы иметь возможность оценить надежность функционирования» всей технологической цепочки в целом.
Для АСДУ особо важно является надежность выполнения и решения» функциональных задач. В этом случае развитие информационно-аналитической системы должно предусматривать рассмотрение-трехуровневых схем, т.е. технические системы — системы автоматизации — диспетчер ИУС.
Необходимо будет оценивать надежность в целом диспетчерского управления. Человеко-машинная система является неоднородной или гетерогенной системой, в которой наибольшую трудность представляют оценки надежности диспетчера как звена человеко-машинной системы управления. В работах, посвященных проблемам оценки надежности диспетчерского управления ГТС [23, 48], впервые была поставлена задача оценки надежности по трем уровням.
Еще одним фактором, определяющим эффективность информационно-аналитической системы является создание информационного моста между производственными организациями (газотранспортные предприятиями) эксплуатирующими технологическое оборудование (ГПА) и средства автоматизации (САУ ГПА) и производителями указанного оборудования. В идеальном случае оборудование, используемое в технологически опасных процессах, такими являются ГПА и САУ ГПА, должно производиться н предприятиях, на. которых функционирует система управления качеством. Следует полагать, что результаты расчетов по разработанным в диссертации моделям помогут инициировать создание систем управления качеством; на соответствующих производствах.
Еще одним направлением развития информационно-аналитической системы и использования результатов расчетаявляются коррективы,.которые следует внести в1 представление паспортных данных по активным элементам. Если 30-40 лет назад, в годы-начала развитияг информационных технологий-, представление такой характеристики как срок службы и средняя наработка на отказ было достаточно для пользователей, то теперь, когда цена каждой аварии существенно выросла, представляется целесообразным в паспортных характеристиках отразить допустимую динамику падения показателей надежности.
Эффективность внедрения в практику работы диспетчерских служб ГТС предлагаемой- системы «Оценка и мониторинг надежности для АСДУ (АСУ ТП)» зависит от того, насколько рационально организовано-информационное и математическое обеспечение системы. Фундаментальным исследованиям для расчета надежности посвящены работы многих российских и зарубежных ученых [55, 70, 83]. При оценке надежности конкретных систем важную роль начинает играть специфика предметной области.
Важнейшую роль в теории надежности сыграли труды В. Вейбулла, который в середине 1930-х годов, проводя анализ отказов связанных с износом шарикоподшипников, предложил математическую модель описания их возникновения, ставшую известной как распределение Вейбулла [90].
В дальнейшем усилиями русского ученого Б.В. Гнеденко была сформирована математическая теория надежности и математическая теория. контроля качества. В результате, достижения математической, теории надежности и контроля качества нашли в различных отраслях промышленности практическое применение [8,11].
Исследованиям надежности стареющих элементов, систем и разработке адекватно их описывающей математической теории посвящены работы Р. Барлоу, Ф. Прошан [87]. Данный подход является особенно необходимым, таким областям техники, как приборостроение, машиностроение, автоматика. Подобные работы по исследованиям стареющих систем велись А.Д. Соловьёвым [69] и И.А. Ушаковым [83].
Методологические основы по исследованиям в области обеспечения надежности газо- и нефтепроводов, резервированию систем магистральных трубопроводов предложены в работах Сухарева [75, 76, 77]. Особое внимание проблемам теории надежности в приложении к процессам профилактического обслуживания систем уделено в работах И.Б. Герцбаха [10]. Отдельные вопросы обеспечения надежности отдельных элементов и технологических процессов, рассмотрены в работах И.Н. Животкевича [30], П.В. Дубровского [57]. Практической оценке систем с восстановлением и использованию марковских процессов посвящены исследования Б.В. Гнеденко, А.Д. Соловьёва, И.А. Ушаковым [83 ,69]. В работах А.В. Карманова проводятся исследования управляемых конечных марковских цепей с неполной информацией [32, 33].
Основополагающими стандартами по надежности, которые распространяются на большинство технических объектов и определяют принципы, правила и методы управления их надежностью на различных стадиях жизненного цикла объектов являются ГОСТ 27.001, ГОСТ 27.002, ГОСТ 27.301 и др. [12, 13, 14, 15 , 16]. В настоящее время применительно к газовой отрасли разработан ряд отраслевых стандартов организации (СТО) для проектирования, строительства и эксплуатации объектов [72, 73, 74]. Методологическим основам обеспечения надежности и безотказности сложных технических систем и рассмотрению вопросов стандартизации посвящены работы Л.Н. Александровской, В.И. Круглова и др. [2, 3]. Особенности расчетов надежности и ресурса конструкций газопроводов рассмотрены в работах В.В Харионовского [84].
Теория надежность и безопасность функционирования сложных технических систем тесно связана с задачами оценки рисков. В работах [38, 39, 46] рассмотрены увязка и особенности оценок надежности технических систем, отдельным исследованиям в области надежности технических систем и техногенного риска посвящены работы В.В. Рыкова [59]. Для оценки надежности функционирования объектов газотранспортных систем, а также прогнозирования показателей надежности, в системе на данный момент реализованы описываемые в данной главе математические методы. Предложенные методы и архитектура ИАС могут быть использованы для объектов добычи газа [36,37].
Анализ выборки по отказам для этапов нормальной эксплуатации и старения агрегатов типа ГПА-Ц-6,3
В разделе рассматриваются вычисления по оценке и прогнозированию параметра потока отказов a (t) и средней наработки на отказ T{t) ГПА для эксплуатационных данных, указанных во второй из анализируемых выборок (Приложение 3). В данной выборке на промежутке времени от 65 000 до» 91000 ч. рассматриваются 42 отказа, которые привели к вынужденному или аварийному останову 5 эксплуатируемых агрегатов. Все данные объекты были введены в эксплуатацию в единый временной период, а суммарная наработка по каждому агрегату лежит в пределах от 87 000 до 91 000 ч. Данные условия необходимы для отсеивания резервных агрегатов, ввода ограничений по возрастному критерию и условиям эксплуатации агрегатов (агрегаты имели примерно равную нагрузку).
Для агрегатов типа ГПА-Ц-6,3 назначенный ресурс (согласно ТУ) составляет 100 000 ч. Условие отбора статистических данных по отказам для второй выборки заключалось в том, чтобы время наступления событий было более 65 000 ч. эксплуатации агрегатов, что обуславливается необходимостью включения этапа нормальной эксплуатации и ограниченностыо статистических данных в системе «Оценка и мониторинг надежности для АСДУ (АСУ ТП)». Согласно этапам расчетов для выборки с информацией по агрегатам типа ГПА-Ц-16 из предыдущего раздела определим интервалы разбиения исследуемой второй выборки. Имеем m = l + log242 = 6,39, принимаем число интервалов т = 6, тогда к = (90 830 ч. - 65 886 ч.) / 6 = 4 157,33 ч. Возьмем величину интервала к — 4 200 ч. В данном случае исследование будет проводиться на интервале от 65 800 до 91 000 ч. (таблица 3.6). По аналогии с ранее проведенными расчетами в ходе вычислений было установлено отсутствие выбросов. На однородность анализируемая выборка не проверялась, поскольку все исследуемые отказы относятся к единому типу отказавших элементов (КИПиА) и единому типу ГПА. Построим графики параметра потока отказов co(t) и средней наработки на отказ T{i). По рассматриваемым статистическим данным определяются значения параметра потока отказов co{t) на 6 интервалах времени (таблица 3.7). Из приведенного выше рисунка видно, что для первых четырех интервалов (периода времени от 65 800 до 82 600 ч.) характерно завершение этапа нормальной эксплуатации, для которого параметр потока отказов co(t) можно считать неизменным. Далее начинается этап старения и износа агрегатов, для которого характерен резкий рост значения параметра потока отказов co(t). Момент времени « 82 600 ч. можно считать точкой перехода к этапу старения.
По рассматриваемым статистическим данным о моментах наступления отказов агрегатов определяются значения средней наработки на отказ T{t) (таблица 3.8). На рисунке 3.8 представим T(f) в виде гистограммы в диапазоне от 65 000 до 92 000 ч. (пунктирной линией обозначено значение, указанное в ТУ для данного агрегатов как минимальное значение средней наработки на отказ и равное 3 500 ч. [72, 82]). Согласно рисунку 3.11 для последних двух интервалов (периода времени от 82 600 до 91 000 ч.) значение средней наработки на отказ T{t) меньше показателя надежности, указанного в технических условиях для агрегатов (3 500 ч.). После построения графиков показателей надежности необходимо выбрать регрессионную модель для получения прогнозных оценок показателей. При решении задачи аппроксимации важно определение вида аппроксимирующей функции Q(t) в силу ее влияния на результат вычисления прогнозных значений параметра потока отказов co{t) и средней наработки на отказ T(t) . В работе приводится пример расчетов с аппроксимирующей функцией вида Q.(t) = a + bt + ct2. Аппроксимация проводится классическим методом наименьших квадратов - одним из методов регрессионного анализа для оценки неизвестных параметров по статистическим, данным, содержащим случайные ошибки. На практике линия . регрессии чаще всего ищется в виде линейной функции Y = Ь0 + ЬХХХ + Ь2Х2 +... + ЪпХп (линейная регрессия), наилучшим образом приближающей искомую кривую к исходному набору значений. Выполняется это с помощью метода наименьших квадратов, когда минимизируется сумма квадратов отклонений реально наблюдаемых значений У от их оценок Y (имеются в виду оценки с помощью прямой линии, претендующей на то, чтобы представлять искомую регрессионную зависимость): (Yk - Yk)2 — min, где М - объем выборки. Условие минимума приводится ниже
