Автоматизация контроля и обеспечения безопасности производственного объекта.

Автоматизация контроля и обеспечения безопасности производственного объекта.

Предпосылки

Система комплексного обеспечения безопасности производственного объекта (далее в тексте — СКОБ) определяется, как сложная эрготехническая система, предназначенная для ограждения производственного объекта (ПО) от воздействия внешних и внутренних источников угроз безопасности, а также предотвращения правонарушений, причин и условий их порождающих и возникновения предпосылок для нанесения ущерба ПО.

Под техническим состоянием СКОБ понимается совокупность подверженных изменению в процессе эксплуатации свойств СКОБ, характеризуемая в определенный момент времени степенью соответствия фактических значений показателей и/или качественных признаков СКОБ (далее в тексте — параметры), установленных в технической документации на СКОБ.

Автоматизированный контроль и диагностирование (АКД) технического состояния СКОБ, контуры которого намечены в рамках данной статьи, позволяет оперативно оценивать работоспособность системы, а при наличии неисправностей выдавать сигнал «негоден».

Процедура структуризации проблемы АКД технического состояния СКОБ (см. схему 1), предусматривает:

• системномодельное описание СКОБ как объекта АКД технического состояния;

• формирование информационного обеспечения организации АКД технического состояния СКОБ;

• выбор контуров построения функциональных подсистем АКД технического состояния СКОБ;

• выбор критериев и показателей эффективности АКД технического состояния СКОБ.

Системно модельное описание СКОБ

Системномодельное описание СКОБ заключается в формировании облика СКОБ, подлежащей АКД технического состояния в процессе проведения технического обслуживания системы.

Указанное описание содержит, как минимум, перечень видов технического состояния СКОБ и определяет эксплуатационные требования к средствам АКД.

Виды технического состояния СКОБ.

Руководствуясь нормативно техническими документами по надежности в технике, правомерно рассматривать три вида технического состояния СКОБ: исправность, работоспособность и правильность функционирования в расчетных внешних условиях.

Исправность СКОБ определяется, как такое состояние системы, при котором она соответствует всем требованиям нормативно технической и/или конструкторской документации.

Работоспособность СКОБ — это состояние системы, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям указанной выше документации.

Переход СКОБ из одного состояния в другое обычно происходит вследствие повреждения (при сохранении работоспособного состояния) или отказа (при нарушении работоспособности).

Для определения вида технического состояния СКОБ необходимо знание оценки фактического состояния системы и требований регламента на проведение технического обслуживания СКОБ, характеризующих исправность, работоспособность и правильность функционирования СКОБ.

Задача оценки технического состояния СКОБ решается на основе анализа результатов АКД, полученных при проведении технического обслуживания СКОБ, в процессе которого восстанавливается качество работы системы.

Технический контроль СКОБ заключается в измерении фактических значений параметров, характеризующих техническое состояние СКОБ в момент наблюдения, и сопоставлении указанных значений с данными, содержащимися в регламенте на проведение технического обслуживания СКОБ.

Техническое диагностирование СКОБ предусматривает проверку исправности, работоспособности и правильности функционирования СКОБ, а при возникновении неисправностей — поиск мест отказов системы.

Выявление дефектов, обуславливающих причины указанных отказов, достигается с помощью автоматизированной подсистемы анализа отказов.

Предполагается, что техническое состояние системы может быть определено в терминах всего множества параметров СКОБ, описывающих поведение системы в данный момент времени.

Прогнозирование технического состояния СКОБ на заданный упреждающий момент времени возможно на основе обработки результатов технического диагностирования СКОБ.

Схема 1. Операционная схема структуризации проблемы АКД технического состояния СКОБ

Требования к средствам АКД.

В соответствии с нормативно техническими документами Государственной системы обеспечения единства измерений, средства АКД технического состояния СКОБ должны соответствовать современному техническому уровню отечественного и зарубежного приборостроения и обеспечивать:

• соответствие требованиям к автоматизации процессов технического контроля и диагностирования, способу и виду индикации (регистрации) результатов контроля; • совместимость по параметрам со СКОБ в целом и всеми входящими в ее состав функциональными подсистемами;

• возможность измерения (технического диагностирования) нормированных характеристик СКОБ с требуемой точностью и достоверностью;

• устойчивость к механическим, климатическим и иным внешним воздействиям в условиях эксплуатации СКОБ, в том числе, устойчивость к несанкционированным действиям;

• требования по самоповерке и поверке метрологических характеристик. Кроме того, средства АКД должны удовлетворять требованиям по обеспечению безопасности работы с ними, эргономическим показателям, времени готовности, виду и объему эксплуатационной документации, а персонал, работающий с указанными средствами, — обладать навыками в технике проведения и полноте использования результатов АКД технического состояния СКОБ.

Информационное обеспечение организации АКД технического состояния СКОБ

Основой указанного обеспечения являются перечни контролируемых параметров СКОБ и средств автоматизации процессов контроля и диагностирования СКОБ.

Контролируемые параметры СКОБ.

Выбор минимально необходимого числа контролируемых параметров СКОБ, несущих достаточную информацию о состоянии СКОБ в любой момент времени, обуславливается следующими факторами:

• во-первых, в технической документации на СКОБ содержится перечень контролируемых «сдаточных параметров» (устанавливаются разработчиком СКОБ), которые необходимо обязательно проверять в целях поддержания СКОБ в работоспособном состоянии при использовании по назначению;

• во-вторых, при контроле (измерении) электрических и других параметров СКОБ, не предусмотренных технической документацией, выбор параметров осуществляется в рамках использования обслуживающим персоналом СКОБ методологии и математического аппарата, учитывающего специфику задач АКД и свойств объекта контроля.

При выборе контролируемых параметров СКОБ во внимание принимаются также следующие практические соображения:

• параметры, имеющие взаимную функциональную или корреляционную связь, из рассмотрения должны быть исключены;

• параметры функционирования, для которых установлены допуски, выход за пределы которых является проявлением явных дефектов, могут иметь, как правило, малое диагностическое разрешение;

• параметры, выбираемые при анализе причин отказов, должны иметь максимальное диагностическое разрешение, что позволяет выявлять скрытые дефекты методами неразрушающего контроля.

Средства автоматизации процессов контроля и диагностирования.

Для осуществления АКД технического состояния СКОБ необходимы, в общем случае, организационное, техническое, информационное, методическое, математическое, программное, лингвистическое и аналитическое обеспечение, состав которых приведен в таблице.

Таблица  Средства обеспечения АКД

Контуры построения функциональных подсистем АКД технического состояния СКОБ

В контексте изложенного, логично рассматривать в качестве возможных вариантов функциональных подсистем АКД технического состояния СКОБ:

• автоматизированную подсистему контроля и диагностирования технического состояния СКОБ (далее — АПКД);

• автоматизированную подсистему анализа отказов СКОБ (далее в тексте — АПАО). Предпочтительными для ПО вариантами построения АПКД и АПАО из числа альтернативных являются подсистемы, которые обеспечивают установленные значения частных критериев эффективности.

Структурная схема построения АПКД.

На практике реализация АКД технического состояния СКОБ в принципе осуществима в рамках нескольких вариантов решения задачи.

В методическом плане можно ограничиться, без нарушения общности рассуждений, рассмотрением только одного из этих вариантов — АПКД со встроенными в структуру СКОБ техническими средствами АКД, обеспечивающими проведение неразрушающего технического контроля СКОБ (имеются в виду допусковый и измерительный (количественный) контроль).

Вариант укрупненной структурной схемы построения АПКД приведен на схеме 2.

Схема включает следующие составные части:

• измерительное устройство, обеспечивающее определение аналоговых величин контролируемых параметров СКОБ для заданного момента времени и представление результатов в цифровой форме;

• информационнологическое устройство, осуществляющее совместную обработку имеющейся измерительной и априорной информации о параметрах СКОБ с целью индивидуального прогнозирования оценки технического состояния системы и формирования на ее основе рекомендуемых мер воздействия на соответствующие функциональные подсистемы СКОБ;

Схема 2. Укрупненная структурная схема встроенной АПКД:

1 — совокупность физических аналоговых сигналов ФП;

2 — стимулирующие сигналы (в случае необходимости);

3 — момент времени диагностирования;

4 — априорная информация по ФП;

5 — измерительная информация по ФП, накопленная к заданному моменту времени диагностирования;

6 — заданное состояние ФП для момента времени диагностирования;

7 — оценка прогнозируемого состояния ФП;

8 — рекомендуемые меры воздействия на ФП;

9 — уровень расходов на управление процессами диагностирования;

10 — целевая функция, зависящая от характера и особенностей решаемой задачи;

11 — рекомендации по техническому обслуживанию СКОБ мендуемых мер воздействия на соответствующие функциональные подсистемы СКОБ;

• технологическое устройство, реализующее математические модели управления состоянием каждой контролируемой функциональной подсистемы, что позволяет принимать то или иное оптимальное решение.

Измерительное, информационнологическое и технологическое устройства АПКД должны быть универсальными, легко приспосабливаемыми к различным видам функциональных подсистем СКОБ.

Они должны не только указывать (с точностью до съемной сборочной единицы) место неисправности, но и выдавать по результатам диагностирования необходимые рекомендации на техническое обслуживание, одновременно сокращая до минимума трудозатраты на обслуживание.

Задача сводится к созданию алгоритмов анализа накапливаемой информации для средств электронной вычислительной техники, входящих в состав АПКД, а также алгоритмов анализа текущего и прогнозируемого состояния СКОБ, что позволяет по мере накопления опыта эксплуатации конкретной СКОБ либо уменьшать, либо увеличивать допуски на рабочие характеристики указанной системы.

Структурная схема построения АПАО.

Автоматизированная подсистема анализа отказов СКОБ определяется как совокупность методов и средств анализа отказов, а также способов обработки диагностической информации для формирования мероприятий по предотвращению отказов СКОБ.

Указанная подсистема реали зует методы диагностирования, основанные на разработке:

• специального качественного и количественного модельного описания, позволяющего установить соответствие между отказами съемных сборочных единиц функциональных подсистем СКОБ и сопутствующими им диагностическими признаками;

• правил и порядка осуществления первичного анализа отказавших съемных сборочных единиц в целях их локализации (демонтажа) и последующей замены на кондиционные. Углубленный физикотехнический анализ причин отказов съемных сборочных единиц (ССЕ) в принципе возможен только после их вскрытия (разборки).

Вариант укрупненной структурной схемы построения АПАО приведен на схеме 3. Указанная схема включает следующие составные части:

• устройство поиска (диагностирования) отказавшей ССЕ, обеспечивающее проверку (подтверждение) наличия отказа, выявленного АПКД;

• устройство оценки достоверности обнаружения отказавшей ССЕ, устанавливающее соответствие между результатами действий устройства диагностирования (апостериорной информацией) и данными банка риорной информации об отказах ССЕ в зависимости от конкретных условий их работы;

Схема 3. Укрупненная структурная схема АПАО:

1 — тестовые сигналы, подаваемые на вход ФП;

2 — реакция ФП на тесты;

3 — апостериорная информация, выдаваемая устройством диагностирования по локализации отказавшей ССЕ;

4 — априорная информация по ФП (включает сведения о вероятности отказов ФП в зависимости от условий работы, результатах моделирования отказов, аналогах ФП и др.);

5 — информация об уровне оценки достоверности отказа ССЕ (достаточна или недостаточна);

6 — решение о повторении анализа ССЕ, оценка достоверности анализа которой признана недостаточной;

7 — решение о переходе к углубленному физикотехническому анализу ССЕ, оценка достоверности отказа которой признана достаточной. риорной информации об отказах ССЕ в зависимости от конкретных условий их работы;

• устройство формирования заключения о результатах анализа, на основе которого принимается решение либо о достижении достаточной достоверности анализа отказавшей ССЕ, либо о необходимости перехода к повторному анализу на прежнем уровне иерархии с привлечением дополнительной априорной информации или других методов (средств) технического диагностирования. Выявление причин и установление механизма отказов с помощью АПАО должны производиться так, чтобы на каждом этапе анализа не нарушалась целостность и работоспособность элементов, подвергаемых анализу на следующем этапе.

Критерии и показатели эффективности АКД технического состояния СКОБ

Выбор критериев и соответствующих показателей эффективности АКД технического состояния СКОБ осуществляется исходя из обеспечения следующих требований, предъявляемых к ним:

• соответствие целям и задачам поддержания СКОБ в работоспособном состоянии; • полнота учета значимых факторов, отражающих свойства СКОБ, и возможность их вычисления;

• чувствительность, то есть критичность показателей к изменению основных параметров СКОБ.

Критерии эффективности АКД.

В качестве названных критериев и соответствующих им показателей могут быть приняты:

• обеспечение объективности отражения результатами АКД действительного технического состояния СКОБ (достоверность контроля). Этому критерию соответствует показатель — вероятность отсутствия после АКД необнаруженных отказов (определяется расчетноинструментальным методом);

• обеспечение соответствия полноты АКД заданному объему контроля (полнота контроля). Этому критерию соответствует показатель — отношение количества параметров, подвергнутых АКД, к общему числу контролируемых параметров, заданных планом контроля;

• получение информации о техническом состоянии отдельных функциональных подсистем и СКОБ в целом, которую дает АКД, в заданные сроки (оперативность АКД). Данному критерию соответствует показатель — среднее время получения результатов АКД в заданном объеме (определяется путем хронометрирования).

Критерии отказов СКОБ.

В зависимости от назначения и конструктивнотехнического исполнения функциональных подсистем СКОБ в качестве критериев отказов выбираются в отдельности или в совокупности следующие признаки:

• прекращение функционирования или снижение эффективности (степени пригодности для использования по назначению) функциональных подсистем в составе СКОБ;

• отклонение от нормы основных и вспомогательных параметров;

• отказ составных частей функциональных подсистем СКОБ (съемных сборочных единиц и др.);

• возникновение неплановых процессов (режимов) в работе;

• достижение заданного срока службы (ресурса);

• технико-экономическая нецелесообразность продолжения работы (например, увеличение простоев изза частых ремонтов).

Выбранные критерии отказов должны быть согласованы с характеристиками контролепригодности функциональных подсистем в составе СКОБ, позволяя с наибольшей простотой (органолептически или с использованием технических средств) обнаружить факт отказа, иметь минимальное (допустимое) время между моментом возникновения отказа и его обнаружением, обеспечить максимальную достоверность и однозначность (полное соответствие признака факту отказа).

Заключение

Подводя итог изложенному, можно сделать вывод о том, что намеченные в статье контуры системного подхода к обеспечению автоматизированного контроля и диагностирования технического состояния СКОБ в процессе ее эксплуатации позволяют:
• повысить уровень технического обслуживания СКОБ в местах использования ее по назначению;

• сократить расходы на содержание обслуживающего СКОБ персонала;
• предотвратить возможные сбои в работе, обусловленные «человеческим фактором».

Журнал «Мир и безопасность» №3-2011