X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Одной из главных задач современного экономического развития стран является развитие производства на базе научно-технического прогресса при эффективном использовании материалов и сырья, снижение их себестоимости, улучшении качества изготавливаемой продукции и увеличении количества автоматизированных процессов. Уровень развития страны характеризуют не столько количественные (объем производства и цена выпускаемой продукции), сколько качественные показатели (качество и ассортимент этой продукции). Для повышения качества выпускаемой продукции производители должны инвестировать в технический контроль производства или использовать для этого дополнительный персонал. Постоянное повышение требований, предъявляемых к качеству продукции, приводит к необходимости разработки (создания) моделей и средств автоматизированной диагностики и контроля качества продукции.

При этом для выпуска качественной высокотехнологичной продукции особое значение приобретает изучение физико-химических материалов, применение новейших методов их контроля и исследования. Так, на современном этапе существует ряд методов, которые можно условно классифицировать следующим образом:

1. С использованием человеческого ресурса;

2. Аппаратный (автоматизированные системы управления качеством);

3. Чиповый или цифровой (специализированное программное обеспечение).

Научно-технические проблемы исследования надежности автоматизированных систем управления (далее – АСУ) остаются актуальными на современном этапе развития науки и техники, которые характеризуется значительным проникновением информационных технологий во все отрасли производства.

Среди ученых, внесших вклад в исследование проблем надежности технических систем автоматизации, можно отметить А. Н. Колмогорова, В. И. Романовского, Дж. фон Неймана, К. Пирсона, А. Я. Хинчина, Б.В.Гнеденко, П. О'Коннора, Дж. Смита, Дж. Мартина [1,2].

Практика показывает, что проблемам надежности АСУ уделяется недостаточное внимание. Такие исследования не успевают за растущей сложностью производственных систем, их компонентов и звеньев, что может приводить к сбоям, а также перерывам и срывам плановых сроков изготовления продукции или предоставления сервисов клиентам предприятий. На современном этапе эффективность и надежность управления производственными системами прямым образом зависит от точности и своевременности полученной информации. Факты возникновения программных и аппаратных сбоев, а также аппаратных повреждений в процессе работы АСУ приводят к выходу из строя или ухудшению эффективности управления, что доказывает актуальность исследований программно-аппаратного комплекса АСУ на предмет надежности, а именно определения количественных параметров надежности и осуществления поиска путей их улучшения.

Таким образом, задача повышения надежности АСУ для своего полного или частичного решения требует комплексного подхода, который учитывал бы особенности структуры и функционирования как аппаратного, так и программно математического обеспечения.

В случае возникновения нештатных ситуаций, производственный процесс может быть либо частично, либо полностью остановлен на определенный или неопределенный период времени, что принесет потери денежных средств. В процессе работы технических систем непременно наступают моменты, когда они работают в нештатном режиме. При этом нештатные ситуации могут возникать либо из-за аппаратных, либо из-за программных проблем. Классификация отказов АСУ приведена на рис. 1.

На практике в процессе наладки АСУ выявляется значительное число ошибок (примерно 5% от общего числа команд в программе). При этом затраты на их выявление и исправление сравнимы с затратами на проектирование программного обеспечения. Ошибки классифицируют следующим образом [3]:

1. Системные (ошибки в формулировании задачи и условий ее реализации);

2. Алгоритмические (некорректные формулировка и реализация алгоритмов);

3. Программные (ошибки кодирования алгоритмов);

4. Технологические (возникают в процессах подготовки документации на программу).

Рис. 1. Классификация отказов АСУ

Процесс отладки и внедрения программ делится на следующие основные этапы:

1. Программные отладки - для индивидуальной проверки отдельных программ на тестовых модельных данных, в процессе которой проявляются и устраняются в основном различные алгоритмические, программные и технологические ошибки;

2. Системные отладки - для проверки правильности работы комплекса программ с использованием реальных информационных массивов неполного объема. В процессе системного налаживания проверяется эквивалентность логической схемы комплекса программ ее функциональному назначению. При этом устраняется большинство сложных алгоритмических и системных ошибок;

3. Опытная эксплуатация - для проверки функционирования системы с использованием реальных полноразмерных массивов данных и в реальном времени.

Тем не менее, проблемными являются ситуации, когда из строя выходит аппаратная часть АСУ. Такие проблемы можно классифицировать следующим образом:

выход из строя оборудования, связанный с исчерпанием срока работы оборудования;

аппаратные сбои из-за дефекта или брака при изготовлении оборудования;

аппаратные сбои из-за изменения условий эксплуатации;

повреждения, обусловленные действием внешних факторов;

аппаратные сбои или повреждения обусловлены нарушением порядка выполнения регламентных работ.

Все эти ситуации требуют немедленного вмешательства обслуживающего персонала на предмет выполнения диагностики и устранения проблем в работе АСУ с целью возврат системы в штатный режим работы. Это может приводить к нарушению оперативного и календарного планов производства, что ведет к снижению прибыльности всего предприятия.

При этом система или ее элементы переходят между состояниями в результате событий, которые называют отказом или повреждением [4], классификация которых приведена на рис. 2:

Рис. 2. Типы событий, происходящих при переходе между состояниями

В этом случае система диагностики является неотъемлемым компонентом любой системы, для которой выполняется исследование на надежность с целью применения методов ее, надежности, повышение при возникновении в системе нештатных ситуаций.

Для решения проблемы диагностики неполучения (потерь) данных о состоянии протекания производственного процесса необходимым шагом является проектирование системы технической диагностики, включающей в себя, согласно [3] следующие три этапа:

1. Анализ объекта диагностики, целью которого является определение возможных состояний;

2. Ограничение перечня этих состояний и выбор наблюдаемых параметров;

3. Разработка алгоритма определения работоспособности объекта и локализации дефекта.

Отсюда вытекает проблема диагностики потерь и получения недостоверных данных в АСУ. Для борьбы с недостоверными данными используются превентивные методы - регламентные проверки и тестирования, а выявить их в процессе хода производственного процесса, отделив факт поломки датчика от факта поломки оборудования, информацию о ходе работы которого собирает датчик, практически невозможно.

Однако есть другая ситуация, характеризующаяся полным отказом работы датчика. Такие случаи теоретически возможно отделить от поломки производственного оборудования, поскольку они ведут к полным потерям (отсутствия фиксации информации) данных о ходе производственного процесса. Для выполнения последнего третьего этапа нами разработан алгоритм для повышения надежности оборудования, который представлен на рис. 3:

Рис. 3. Алгоритм определения работоспособности объекта и локализации дефекта

Предложенный способ принятия решений об остановке хода производственного процесса на базе сопоставления полученных вероятностей отказов в работе оборудования и показателя вероятности безотказной работы самого технологического оборудования АСУ.

Список литературы

Singh K. Quality, Reliability, and Security in Heterogenous Networks / Singh K., Awasthi A.K. // 9th International conference, QShine 2013, Greader Noida, India. – 2013. – P. 1011.

Павлов И.В. Оценка надежности системы с нагруженным резервированием по результатам испытаний ее элементов / Павлов И.В., Лёвин П.А. // Вестник Московского технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки», 2001. – №3. – С. 59-70.

Дзінько Р.І. Підвищення відмовостійкості функціонування гнучких виробничих систем за допомогою прихованих марківських моделей / Дзінько Р.І., Лісовиченко О.І. // Адаптивні системи автоматичного управління, 2013. – №3 (24). – C. 26-32.

Гнеденко Б. В. Математические вопросы теории надежности / Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Коваленко И. Н. // Итоги науки. Сер. Теор. вероятн. Мат. стат. Теор. кибернет. – М.: ВИНИТИ, 1966. – C. 648.

Семёнов А.С. Основы теории надежности электротехнических систем : лабораторный практикум / А.С. Семёнов. – М.: Издательство «Перо», 2012. – 49 с.

Семёнов А.С. Основы теории надежности электротехнических систем : учебное пособие для горных инженеров специальности 130400 «Горное дело» специализации «Электрификация и автоматизация горного производства» / А.С. Семёнов. – М.: Издательство «Перо», 2015. – 106 с.

Шевчук В.А., Семёнов А.С. Сравнение методов диагностики асинхронного двигателя // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-4. – С. 419-423.

Шевчук В.А., Семёнов А.С. Сравнение методов диагностики асинхронного двигателя / Студенческий научный форум – 2015. VII Международная студенческая электронная научная конференция, электронное издание. – М.: Академия Естествознания, 2015. http://www.scienceforum.ru/2015/902/16182

Шевчук В.А., Семенов А.С. Удалённая диагностика асинхронного двигателя на основе спектрального анализа потребляемого тока с использованием промышленной сети RS485 MODBUS RTU / Молодежь и научно-технический прогресс в современном мире. Сборник докладов VI-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – М.: Издательство «Спутник+», 2015. – С. 176-180.

Код для цитирования: Скопировать