Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка задач разработки комплекса методов и методик оценки надежности и безопасности ССТС 14
1.1. Особенности ССТС как объекта моделирования и расчета показателей надежности и безопасности 15
1.2. Результаты сравнительного анализа существующих технологий автоматизированного моделирования надежности и безопасности систем .21
1.2.1. Общая характеристика технологий анализа надежности и безопасности структурно-сложных систем 22
1.2.2. Анализ технологии классических логико-вероятностных методов моделирования с использованием графов связности 26
1.2.3. Анализ технологии деревьев отказов и деревьев событий 28
1.2.4. Анализ технологии автоматизированного структурно-логического моделирования с использованием схем функциональной целостности 32
1.3. Общая постановка частных задач разработки комплекса методов и методик оценки надежности и безопасности.технических систем 37
Выводы по главе 1 48
Глава 2. Разработка комплекса методов и методик односвязной структурной декомпозиции моделей надежности и безопасности ССТС 49
2.1. Основные положения односвязной структурной декомпозиции в ОЛВМ 49
2.2. Декомпозиция на этапе постановки задач 51
Пример 1. Фрагмент автоматизированной системы управления 56
2.3. Декомпозиция на этапе построения логических ФРС 61
2.4. Метод преобразования СФРС в явную форму логической ФРС 66
2.5. Декомпозиция на этапе построения многочленов ВФ 69
2.6. Структурная декомпозиция на этапе расчетов вероятностных показателей надежности и безопасности ССТС 74
2.6.1. Метод последовательной многоуровневой подстановки и методика его применения для расчетов статических показателей надежности и безопасности ССТС 77
2.6.2. Расчет вероятностно-временных показателей безотказности невосстанавливаемых ССТС 82
2.6.3. Методика расчета показателей значимости элементов ССТС 87
2.6.4. Методики расчета показателей надежности восстанавливаемых ССТС 91
Выводы по главе 2 96
Глава 3. Структура программного комплекса оценки надежности и безопасности сстс и методические рекомендации по его применению 98
3.1. Разработка общей структуры и требований к программному комплексу автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности ССТС 98
3.1.1. Назначение и общие требования к интерфейсу пользователя 101
3.1.2. Назначение и общие требования к подготовке и вводу исходных данных и режимов моделирования 104
3.1.3. Назначение и общие требования к средствам информационного обеспечения 105
3.1.4. Назначение и общие требования к модулям математического моделирования в ПК АСМ 107
3.1.5. Назначение и общие требования к модулям расчета показателей надежности и безопасности ССТС 109
Пример 2. Оценка безотказности подсистемы АСУ 109
3.2. Разработка методики автоматизированного моделирования и расчета ожидаемого ущерба от аварии на опасном производственном объекте 117
Пример 3. Оценка ожидаемого ущерба на основе "дерева событий" аварии на установке первичной переработки нефти 120
3.3. Основные положения методических рекомендаций по применению технологии и программных комплексов АСМ надежности и безопасности ССТС на промышленных предприятиях 126
3.3.1. Общие положения 127
3.3.2. Руководящие и нормативные документы 129
3.3.3. Цели и задачи методических рекомендаций 131
3.3.4. Общая характеристика технологии автоматизированного структурно-логического моделирования 132
3.3.5. Порядок применения технологии автоматизированного структурно-логического моделирования 135
Пример 4. Моделирование и расчет технического риска фрагмента установки вторичной переработки нефти 142
Выводы по главе 3 153
Заключение 154
Литература 159
- Особенности ССТС как объекта моделирования и расчета показателей надежности и безопасности
- Декомпозиция на этапе построения многочленов ВФ
- Назначение и общие требования к интерфейсу пользователя
- Общая характеристика технологии автоматизированного структурно-логического моделирования
Введение к работе
21 июля 1997 года вступил в силу Федеральный закон "О промышленной
безопасности опасных производственных объектов". Принятие этого закона существенно изменило практику правового регулирования деятельности на опасных производственных объектах (ОПО) путем переноса акцента с установления мер, направленных на ликвидацию последствий аварий, на принятие превентивных мер, снижающих риски возникновения аварийных ситуаций.
Пакет подзаконных нормативных правовых актов, разработанный для реализации норм Закона, существенно повысил обязанности и ответственность организаций за уровень надежности и безопасности технических систем различных видов классов и назначения, и особенно тех, которые функционируют на опасных производственных объектах. Так, например, согласно новой редакции ПБ 09-540-03 ("Общие правила взрывобезопасности для взрывопожаро-опасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств"), организация-разработчик системы должна обеспечить заданную надежность технических устройств и безопасность технологических процессов. Для реализации этих требований уже на стадии разработки должна производиться научно обоснованная количественная оценка надежности и безопасности фрагментов (подсистем) и системы в целом, поскольку такая оценка необходима для анализа рисков возникновения аварийных ситуаций на ОПО.
Количественная оценка надежности системных объектов, не относящихся к классу ОПО, необходима для объективной и научно обоснованной оценки уровня их безотказности. Эти модели и оценки необходимы для разработки
планов обеспечения надежности, выработки, обоснования и оптимизации тех-
, нических решений с учетом их экономической целесообразности на этапах ис-
следования, проектированиями промышленной эксплуатации систем.
Анализ особенностей структурно-сложных технических систем (ССТС)
различного назначения позволил выделить ряд серьезных ограничений сущест-
t вующего уровня разработки и использования методов моделирования и расчета
их надежности и безопасности:
- до настоящего времени необходимые методы, программные средства и ме
тодики оценки надежности и безопасности многих видов системных объек-
tt тов не разработаны и на предприятиях не используются;
- существующие методы, методики и программные средства не позволяют
учесть ряд важных особенностей современных системных объектов и, преж
де всего, их высокой структурной сложности и большой размерности;
* - внедрение методов, методик и программных средств анализа надежности и
безопасности ССТС в работу предприятий сдерживается отсутствием соот
ветствующих методических разработок по их практическому применению.
В целях преодоления указанных ограничений и обеспечения возможности
использования на предприятиях промышленности новых информационных
технологий, в качестве главной научной задачи данной диссертации опреде
лена разработка комплекса методов и методик автоматизированного мо
делирования и расчета показателей надежности и безопасности структур-
і но-сложных технических систем большой размерности на предприятиях
промышленности.
Необходимым условием решения главной научной задачи диссертации является совместное рассмотрение надежности и безопасности ССТС, что соответствует объективным потребностям практики и действующим отечественным и международным нормативно-техническим документам.
Решение главной научной задачи диссертации в настоящем исследовании составляют следующие частные научные и практические задачи:
обоснование выбора технологии автоматизированного структурно-логического моделирования в качестве базовой для оценки показателей надежности и безопасности сложных систем;
разработка комплекса методов и методик реализации положений одно-связной структурной декомпозиции моделей надежности и безопасности систем большой размерности и высокой структурной сложности;
определение состава модулей и общей структуры базового образца программного комплекса автоматизированного моделирования и расчета показателей надежности и безопасности структурно-сложных систем большой размерности;
разработка методики автоматизированного моделирования и расчета ожидаемого ущерба от аварии на опасном производственном объекте;
разработка основных методических положений и рекомендаций по применению теории, технологии и программных комплексов автоматизированного структурно-логического моделирования для оценки надежности и безопасности сложных систем на предприятиях промышленности.
Цель работы — развитие методов и средств технологии автоматизированного структурно-логического моделирования, обеспечивающее возможность ее использования на предприятиях промышленности для оценки надежности и безопасности сложных технических систем.
Объектом исследования являются свойства надежности и безопасности технических систем большой размерности и высокой структурной сложности.
Предметом исследования выступают методы и методики, позволяющие повысить быстродействие и размерность автоматизированного структурно-логического моделирования, а также оценить надежность и безопасность структурно-сложных технических систем на стадиях их исследования, проектирования, разработки и эксплуатации.
При проведении исследований использовались следующие научные теории и методы: системный подход, теория сложных систем, теория автоматизированного структурно-логического моделирования, общий логико-вероятностный метод, методы теории вероятностей, алгебры логики, теории надежности и безопасности систем.
Основные результаты данного исследования реализованы:
в первом отечественном промышленном образце программного комплекса автоматизированного структурно-логического моделирования, разработанного в ОАО "СГЖ СЗМА" (ПК ACM СЗМА) и применяющегося для проектной оценки надежности и безопасности ССТС на предприятии;
в "Методических рекомендациях по автоматизированному структурно-логическому моделированию и расчету надежности и безопасности автомати-
зированных систем управления технологическими процессами и оборудовани-
# ем на стадии проектирования", утвержденных Ассоциацией "Монтажавтома-
тика" Госстроя России и разрешенных Госгортехнадзором РФ для опытного
апробирования при проектировании автоматизированных систем управления
технологическими процессами опасных производственных объектов.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечена правильным применением используемых теорий и методов и подтверждена:
- совпадением результатов моделирования и расчетов тестовых задач с ре
зультатами, полученными другими методами и программными средствами;
# - решением контрольных задач автоматизированного моделирования по клю-
чевым точкам, в которых результаты заранее известны и сопоставимы;
- непротиворечивостью результатов моделирования и расчетов физическому
смыслу свойств исследуемых системных объектов;
# - результатами, полученными тремя организациями (ОАО "СПИК СЗМА",
ФГУП "СПбАЭП" и ИЛУ РАН) при выполнении совместной НИР по срав
нительному анализу ПК "АСМ СЗМА" (Россия), ПК " Risk Spectrum " (Шве
ция) и ПК " RELEX " (США).
% Научная новизна полученных результатов заключается в том, что впер-
вые разработан полный и взаимосвязанный комплекс существующих и новых
методов и методик многоуровневой реализации односвязной структурной де
композиции, охватывающий все четыре основные этапа технологии автомати-
зированного структурно-логического моделирования систем (АСМ). Все новые
методы и методики имеют алгоритмический уровень разработки, соответству-
ют особенностям различных этапов ОЛВМ, и обеспечивают возможность их непосредственного внедрения в программные комплексы технологии автоматизированного структурно-логического моделирования систем.
Научная значимость разработанных методов и методик определяется тем, что в совокупности они являются развитием общего логико-вероятностного метода и технологии автоматизированного структурно-логического моделирования сложных системных объектов и процессов.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные научные результаты диссертационного исследования могут непосредственно использоваться при создании программных комплексов автоматизированного структурно-логического моделирования и разработке различных методик их применения на предприятиях для оценки надежности и безопасности систем большой размерности и высокой структурной сложности.
Полученные научные и практические результаты апробированы на трех Международных научно-практических конференциях: "Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах", "Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы", "Моделирование. Теория, методы и средства", двух заседаниях Международной научной школы "Моделирование и анализ безопасности, риска в сложных системах" и двух межведомственных семинарах в ОАО "СПИК СЗМА" и СПИИРАН.
Материалы диссертации опубликованы в пяти печатных работах, общий объем которых составил 1.5 печатных листа.
Объем диссертации составляет 158 страниц основного текста, в том числе 38 рисунков, 4 таблицы и 4 примера решения задач. Библиография содержит 95 наименований.
Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения.
В первой главе определены основные особенности структурно-сложной технической системы (ССТС) как объекта моделирования и расчета надежности и безопасности. Обоснован выбор технологии автоматизированного структурно-логического моделирования для оценки надежности и безопасности ССТС. Выполнена общая постановка частных задач разработки комплекса методов и методик автоматизированного моделирования и расчета показателей надежности и безопасности технических систем большой размерной и высокой структурной сложности.
Во второй главе исследованы формы проявления проблемы размерности на различных этапах общего логико-вероятностного метода технологии автоматизированного структурно-логического моделирования сложных систем. Разработан комплекс методов и методик реализации положений односвязной структурной декомпозиции на всех этапах технологии АСМ, обеспечивающих автоматизированное моделирование и оценку надежности и безопасности систем большой размерности и высокой структурной сложности.
В третьей главе разработана общая структура базового образца программного комплекса автоматизированного моделирования и расчета показателей надежности и безопасности структурно-сложных технических систем. Предложена новая методика автоматизированного моделирования и расчета
ожидаемого ущерба от возможной аварии опасного производственного объекта, основанная на использовании аппарата групп несовместных событий общего логико-вероятностного метода анализа систем. Разработаны основные положения методики применения технологии и ПК АСМ для решения задач оценки надежности и безопасности сложных систем на предприятиях. На практических примерах показана высокая эффективность реализации в технологии и ПК АСМ разработанного комплекса методов и методик односвязной структурной декомпозиции и новой методики расчета ожидаемого ущерба от возможной аварии опасного производственного объекта.
Положения, выносимые на защиту
Комплекс методов и методик, обеспечивающих решение проблемы размерности в технологии автоматизированного структурно-логического моделирования надежности и безопасности структурно-сложных технических систем различных видов, классов и назначения.
Общая структура базового образца программного комплекса автоматизированного структурно-логического моделирования и оценки надежности и безопасности технических систем.
Основные методические положения и рекомендации по применению технологии и ПК АСМ для оценки надежности и безопасности структурно-сложных технических систем на предприятиях.
Особенности ССТС как объекта моделирования и расчета показателей надежности и безопасности
Большая размерность и высокая структурная сложность современных технических систем уже давно привели к тому, что главной проблемой в количественной оценке их надежности и безопасности стали непреодолимые вручную громоздкость и трудоемкость процессов построения математических моделей, необходимых для выполнения расчетов этих показателей. Поэтому центральное место в решении указанной проблемы занимают вопросы разработки методов и методик, которые позволяют автоматизировать сложный и трудно формализуемый процесс построения математических моделей надежности и безопасности ССТС на различных этапах их жизненного цикла, включая стадии проектирования и эксплуатации [14, 15, 60, 90].
В последние годы в Российской Федерации и за рубежом созданы и практически используются несколько образцов программных комплексов, реализующих различные технологии автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности систем [7, 11, 13, 16, 32, 37, 40, 47-49, 51, 53, 66, 68, 69, 93-95]. Они имеют разные теоретические и методические базы, уровни программной реализации, возможности и предназначение. В отечественной промышленности до настоящего времени при проектировании и эксплуатации ССТС общепромышленного назначения эти технологии и программные комплексы автоматизированного моделирования практически не применялись. Такое положение обусловлено, с одной стороны, недостаточным уровнем развития теоретических основ автоматизированного моделирования надежности и безопасности ССТС во многих предметных областях, а с другой, отсутствием соответствующих специализированных программных комплексов отечественной разработки. Как объект анализа, ССТС характеризуется рядом особенностей, которые должны учитываться в математических моделях их надежности и безопасности, автоматически формируемых в соответствующих программных комплексах. Отметим наиболее существенные из них:
Современные ССТС, как правило, состоят из большого числа элементов (до нескольких сотен и даже тысяч), параметры безотказности которых оказывают существенное влияние на показатели надежности и безопасности объекта в целом. ССТС включают в себя различные виды и типы элементов (механические, электронные, эргатические, программные, обработки сигналов, обработки информации, датчики, исполнительные устройства, переключатели и т.д.), каждый из которых характеризуется собственными параметрами надежности и безопасности. Существенно неоднородными в ССТС могут быть функциональные связи элементов и подсистем - механические, электрические, информационные, организационные управления и др., что существенно усложняет постановку и решение задач анализа их надежности и безопасности. Надежность и безопасность ССТС может существенно зависеть от наличия и реализации различных видов обеспечения функционирования элементов, подсистем. В ССТС могут применяться многофункциональные элементы, каждый из которых выполняет в системе несколько функций с различной организацией условий обеспечения их реализации в системе. Возможно наличие в ССТС элементов с более чем двумя собственными состояниями работоспособности и/или отказа, которые необходимо учитывать в моделях надежности и безопасности (обрыв, короткое замыка ние, работа с несколькими уровнями эффективности, риска функционирования и др.)- Могут иметь место стохастические зависимости параметров надежности и безопасности элементов, когда, например, изменяются условия эксплуатации, или когда отказы одних элементов изменяют режимы ра боты других элементов, подсистем ССТС в целом.
Структуры современных ССТС характеризуются высокой сложностью. Схемы их надежности и/или безопасности не всегда могут быть представлены традиционными средствами структурного описания систем — блок « схемами, деревьями отказов, деревьями событий и графами связности. Наи более распространенным способом повышения надежности и безопасности является введение структурной избыточности. Обычно применяются различные виды резервирования элементов и подсистем (структурное резерви рование), а также резервирование отдельных функций (функциональное ре зервирование). ССТС при эксплуатации могут иметь разные режимы технического обслу живания (в зависимости от целей, задач и условий работы); поэтому в про цессе анализа их необходимо рассматривать и как невосстанавливаемые и как восстанавливаемые системные объекты.
Декомпозиция на этапе построения многочленов ВФ
На практике рассмотренное преобразование составной ФРС в полную форму логической модели для высокоразмерной ССТС не всегда возможно из-за ограничений размеров оперативной памяти ЭВМ. Однако наличие такой процедуры в программных комплексах АСМ представляется полезным и перспективным по следующим причинам: - если система является высокоразмерной, но полная логическая модель размещается в оперативной памяти ЭВМ, то можно предположить, что получение этой ФРС предложенным методом логической подстановки потребует значительно меньших временных затрат, чем решение соответствующей полной системы логических уравнений; - развертывание СФРС удобно применять для анализа надежности и безопасности даже малоразмерных ССТС в тех случаях, когда имеют место раздельные этапы их исследования, разработки или эксплуатации; построение полных ФРС может потребоваться при решении многих задач адаптации и развития теории и технологии автоматизированного моделирования систем в новых предметных областях. На третьем этапе ОЛВМ строится расчетная математическая модель исследуемой системы в форме многочлена вероятностной функции (0 = ({Р/(0 /(0} = 1,2,...,Я),где pt(t) И ,(0 = 1-/ (0 -вероятностные параметры элементов исследуемой системы. В зависимости от поставленной задачи, вида СФЦ и ЛКФ, многочлены вероятностных функций (ВФ) могут представлять различные свойства надежности и безопасности исследуемых систем [19]: - работоспособность или отказ системы в целом в целом; - реализация или нереализация отдельных функций в многофункциональной системе; возникновение или невозникновение аварийной ситуации (аварии) и др. Многочлены ВФ в ЛВМ строятся различными методами преобразования явных (недекомпозированных) логических ФРС [27, 39, 51, 53-55, 76, 79, 80, 82]. Анализ этих работ позволил сделать следующие заключения: 1. В оценке надежности и безопасности ССТС приоритетными должны быть методы построения точных многочленов ВФ. При необходимости применения приближенных моделей следует обеспечить их корректную нормировку. 2. Сравнительный анализ различных методов определения ВФ позволил заключить, что наиболее перспективным в настоящее время является комбинированный метод преобразования ФРС в ВФ [39]. Он характеризуется следующими основными положениями: - метод специально разрабатывался для преодоления экспоненциальной размерности процесса построения точных многочленов ВФ на основе любой исходной ФРС, представленной в дизъюнктивной нормальной форме; - комбинированный метод полностью автоматизирован и используется во всех программных комплексах, реализующих технологию АСМ [26]; - метод позволяет во многих частных случаях существенно сократить размерность процесса формирования точного многочлена ВФ. 3. Комбинированный метод в общем случае (как и все другие методы преоб разования ФРС в ВФ) является экспоненциально сложным, и его размер ность, по верхнему пределу, определяется соотношением К2 2Kl (2.6) Здесь: К\ - число конъюнкций дизъюнктивной нормальной формы исход ной логической ФРС 7(( .}) (см. (2.2)), а К2 - число, которого может дос тигать размерность соответствующего многочлена ВФ Ps(t) = Ps({pl(t),qi(t)},i = lt2i...,H) (количество составляющих его одно членов). В еще большей степени с ростом К\ увеличивается количество операций, которые необходимо выполнить на третьем этапе ОЛВМ, в про цессе преобразования ФРС в искомый многочлен ВФ. Поскольку верхнее значение К\ определяется соотношением (2.2), можно заключить, что в целом проблема размерности этапа построения ВФ оценивается двойной показательной сложностью (К2 22 ). Для сокращения размерности комбинированного метода и с целью сохранения его универсальности на классе задач оценки надежности и безопасности ССТС разработана методика реализации односвязнои структурной декомпозиции на этапе преобразования составных логических ФРС Ys = Yso = Yso ( { / Ysi»Ysk )»І є SO, Ys, Є S0 Ys, Є Ysk з YSk є S0) в Соответствующие многочлены составной вероятностной функции (СВФ). Схема этой методики приведена на рис.12. Корректность данной методики преобразования СФРС Ysl,Ys2,...,Ysr,YS0 в СВФ PSi,PS2,...,PSI,PS0 обусловлена тем, что в соответствии с положениями односвязнои структурной декомпозиции все подсистемы S\,S2,...,SL,S0 являются бесповторными по построению [39]. Это позволяет использовать далее СВФ для выполнения расчетов различных показателей надежности и безопасности ССТС.
Назначение и общие требования к интерфейсу пользователя
Обобщение результатов исследований, изложенных в предыдущих главах диссертации, и учет опыта проектирования, производства и эксплуатации технических систем позволили сформулировать ряд положений, характеризующих основные требования к построению и методике практического использования специализированных программных комплексов автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей надежности и безопасности ССТС (ПК АСМ ССТС). 1. Основными пользователями ПК АСМ ССТС являются организации и предприятия, выполняющие проектирование, разработку или эксплуатацию ССТС. Поэтому по своим характеристикам, структуре и организации применения эти программные комплексы должны быть адаптированы к сложившимся условиям работы предприятий и особенностям исследуемых ССТС. Только при выполнении этого условия ПК ACM ССТС позволят повысить качество продукции предприятия и оптимизировать затраты на обеспечение высокой надежности и безопасности его функционирования. 2. По своим функциональным возможностям, составу формируемых математических моделей и рассчитываемых показателей ПК АСМ ССТС должны соответствовать требованиям Технических регламентов, Государственных и Международных Стандартов, нормативной документации, определяющих порядок разработки, производства и эксплуатации ССТС в различных отраслях промышленности. 3. В программных комплексах должны быть эффективно реализованы последние достижения существующих технологий автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности технических систем большой размерности, структуры которых представляются различными видами структурных схем (блок-схемами, деревьями отказов и событий, графами связности и СФЦ). 4. Должны выполняться автоматическое построение корректных математических моделей и правильные вычисления показателей надежности и безопасности ССТС различных видов, классов и назначения. 5. ПК АСМ ССТС должны иметь всестороннее методическое обеспечение, позволяющее пользователям успешно применять их в своей профессиональной деятельности. 6. Программные комплексы должны быть развивающимися системами, т.е. иметь постоянное научно-техническое сопровождение, возможность совершенствования, целенаправленного развития и адаптации к различным классам задач анализа надежности и безопасности ССТС в разных предметных областях [83]. С учетом сказанного, в настоящей работе предлагается обобщенная структура ПК АСМ надежности и безопасности ССТС [60], схема которой приведена на рис.20. В структурной схеме на рис.20, выделено пять групп программных мо « дулей, которые в совокупности должны реализовывать все основные функции ПК ACM ССТС. Назначение и общие требования к интерфейсу пользователя Основное назначение интерфейса пользователя (см. рис.20, блок 1) со стоит в создании удобной интерактивной среды, позволяющей пользователю эффективно выполнять все виды работ по автоматизированному моделированию и расчету надежности и/или безопасности исследуемых ССТС. Поскольку аппарат СФЦ технологии АСМ позволяет представлять все виды типовых # структурных схем (блок-схемы, графы связности, деревья отказов, деревья со бытий и др.), то в интерфейсе пользователя предлагаемого программного ком плекса не требуется их отдельного ввода. Наиболее общие требования к интер фейсу пользователя ПК, предназначенного для автоматизированного моделиро вания и расчета надежности и безопасности ССТС на стадии проектирования, можно определить следующими положениями: 1. Обеспечение удобного графического ввода разработанных структурных мо делей надежности и/или безопасности подсистем и ССТС (блок-схем, гра фов связности, деревьев отказов, деревьев событий и др.), представляемых в виде схем функциональной целостности, а также реализацию типовых функций редактирования (ввод, удаление, выделение, перетаскивание, копирование, масштабирование и т.п.). 2. Предоставление пользователю возможности удобного ввода исходных значений параметров элементов, установки режимов автоматизированного моделирования и расчетов показателей надежности и безопасности различных ССТС. 3. Обеспечение возможности использования баз данных параметров элементов и ранее выполненных проектов анализа надежности и безопасности ССТС. 4. Поддержание как однопользовательского, так и многопользовательского режимов автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности ССТС. 5. Обеспечение удобного и эффективного применения пользователем разработанных в диссертации методов односвязной структурной декомпозиции при вводе СФЦ ССТС большой размерности и высокой структурной сложности (см. главу 2). 6. Обеспечение возможности постоянного развития интерфейса, совершенствования и адаптации к новым классам задач и различным предметным областям автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности различных ССТС. 7. Учитывая высокую сложность и новизну теории и технологии АСМ, интерфейс программного комплекса должен содержать: контекстную справочную систему; блокировку ошибочных действий оператора с соответствующими комментариями; средства поддержки обучающих режимов функционирования. В качестве примера на рис.21 приведен вид основного окна интерфейса пользователя ПК АСМ СЗМА, разработанного в ОАО "СПИК СЗМА" [21,68].
Общая характеристика технологии автоматизированного структурно-логического моделирования
Постоянно возрастающие структурная сложность и размерность современных ССТС сделали практически невозможным выполнение второго этапа средствами традиционных ("ручных") технологий построения математических моделей их надежности и безопасности. Решить данную проблему возможно только на основе новых компьютерных технологий, в которых автоматизированы процессы построения сложных и высокоразмерных математических моделей надежности и безопасности ССТС.
Существующие отечественные и зарубежные технологии и программные комплексы автоматизированного моделирования различаются способами представления исходных структурных схем, предметными областями (классами анализируемых объектов), методами и программными комплексами автоматизированного моделирования, а также составом вычисляемых показателей надежности и безопасности исследуемых систем. В настоящее время наибольшее распространение получили технологии автоматизированного моделирования, в основе которых лежат способы построения структурных схем надежности и сценариев возникновения аварий в виде деревьев отказов, деревьев событий, схем последовательно-параллельного соединения элементов, графов связности и схем функциональной целостности. Теоретической основой указанных технологий выступают различные модификации, так называемых логико-вероятностных методов исследования надежности структурно-сложных систем. По специализации, уровню теоретической разработки, качеству программной реализации, а также составу и точности вычисления показателей разные технологии автоматизированного моделирования могут существенно отличаться друг от друга и в различной степени удовлетворять целям, задачам и особенностям расчетов надежности и безопасности ССТС различных типов, классов и назначения.
Рассматриваемая в настоящих Методических рекомендациях технология автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей надежности и безопасности ССТС характеризуется следующими основными положениями:
В технологии АСМ используется универсальный графический аппарат схем функциональной целостности, предназначенный для построения структур ных моделей ССТС на этапе постановки задач оценки их надежности и безопасности. С помощью СФЦ могут представляться практически все из вестные структурные схемы надежности и безопасности систем, используе мые в других технологиях автоматизированного моделирования (деревья отказов, деревья событий, последовательно-параллельные соединения, гра фы связности и др.). Вместе с тем, аппарат СФЦ позволяет строить прин ципиально новые классы немонотонных и комбинаторно последовательных структурных моделей надежности и безопасности совре менных ССТС. Теоретической основой технологии АСМ является общий логико-вероятностный метод (ОЛВМ) системного анализа. В сравнении с другими структурными методами моделирования надежности и безопасности систем, ОЛВМ впервые реализует все возможности основного аппарата моделирования - алгебры логики в базисе функционально полного набора операций "И", "ИЛИ" и "НЕ". Это позволяет с помощью ОЛВМ решать задачи оценки надежности и безопасности, которые решаются методами других технологий автоматизированного моделирования, а также учитывать в формируемых моделях ряд новых системных особенностей ССТС различных видов, классов и назначения. 3. В ОЛВМ полностью алгоритмизированы и реализованы в программных комплексах автоматизированного структурно-логического моделирования наиболее сложные и громоздкие процессы построения математических моделей и выполнения расчетов показателей надежности и безопасности ССТС. Это позволяет, во-первых, оценивать надежность и безопасность технических систем большой размерности и высокой структурной сложности и, во-вторых, осуществлять внедрение технологии автоматизированного структурно-логического моделирования на предприятиях. 4. Универсальность и полнота разработки ОЛВМ обеспечивают возможность дальнейшего развития технологии и ПК АСМ, а также их адаптацию к особенностям задач моделирования и расчета надежности и безопасности ССТС на различных предприятиях.
