15.3.Особенности расчета параметрической надежности систем управления рыболовством

15.3.1.Показатели надежности систем управления рыболовством имеют вероятностную природу. Однако общий ход изменения начальных параметров системы подчиняется определенным функциональным зависимостям.

Расчет параметрической надежности систем связан как с выявлением функциональных связей, определяющих характер изменения во времени выходных параметров систем, так и с установлением вероятностных связей, в т.ч. с прогнозированием надежности систем.

15.3.2.В системах управления рыболовством изменение начальных параметров системы характеризуется большим числом взаимосвязей, различными воздействиями на систему и возникновением неодинаковых по биологической и физической природе изменений системы. Все это приводит к формированию надежности систем, в т.ч. оценке удаленности состояния системы от предельного состояния.

При анализе надежности систем управления рыболовством раскрытие сложных взаимосвязей облегчается по следующим причинам:

• при анализе учитывают лишь те связи, которые играют основную роль в формировании показателей надежности;

• выходные параметры иногда являются независимыми;

• не все процессы проявляются в рассматриваемый промежуток времени;

• последствия отказов системы по разным причинам неравноценны;

• часто можно выделить основные выходные параметры, которые, в первую очередь, необходимо рассматривать при расчете параметрической надежности системы.

С учетом основных процессов в системах управления рыболовством в предыдущих главах приведены многочисленные примеры функциональных зависимостей, связанных с пополнением, ростом, естественной и промысловой смертностью, оценкой взаимосвязи улова с состоянием запаса, интенсивностью и селективностью рыболовства и т.д.

Для выделения функциональных связей, определяющих надежность сложных систем, также рекомендуется строить структурную схему параметрической надежности. На такой схеме выделяют быстропротекающие процессы, процессы средней скорости и медленно протекающие процессы, влияющие на изменение начальных параметров, выходные параметры системы.

Структурную схему строят в два этапа. На первом этапе схему разрабатывают при начальной оценке функциональных связей. В это время о роли отдельных изменений системы можно делать лишь предварительные и априорные суждения. Окончательная разработка системы производится после расчетов или после экспериментальной оценки изменений и выявления функциональных связей.

15.3.3. Выявление динамики выходных параметров системы, разработка модели потери системой работоспособности позволяет строить схему расчета системы на параметрическую надежность. Целью расчета является оценка основных показателей надежности и сравнение их с заданными показателями. Поэтому регламентирующие рыболовство и систему рыболовства документы, опыт рыболовства должны устанавливать допустимые и предельные отклонения выходных параметров для каждого из них и значения параметров надежности для всей системы.

В первую очередь следует установить допустимую величину вероятности безотказной работы и запас надежности для каждого из параметров и для системы в целом, а также целесообразный срок службы системы. При этом учитывают возможность и особенности восстановления системы.

При расчете должны быть известны характеристика всех элементов системы, условия эксплуатации и режимы ее работы.

В процессе расчета оценивают все факторы, которые участвуют в формировании потери системой работоспособности, и определяют основные показатели надежности.

Для решения этой задачи необходимо в первую очередь определить закономерности или скорость изменения (повреждения) тех элементов, которые определяют значение выходного параметра. При этом математическое ожидание и дисперсию процесса оцениваются с учетом характеристик внутренних и внешних воздействий на систему и режимов ее работы. Одновременно на основании данных об основных элементах системы и общей компоновки ее элементов определяют начальные параметры системы. Иногда для этой цели используют данные анализа аналогичных систем, моделирование процессов в системе, например, методами статистического моделирования. В последнем случае при окончательной отработке системы всегда можно принять меры для доведения данного параметра до требуемого уровня.

При этом можно использовать прием, когда устанавливают ограничения для скоростей протекания основных процессов, снижающих работоспособность систем. Такой прием при оценке надежности систем управления рыболовством особенно полезен, если они с трудом поддаются расчету. Устанавливая допустимые и предельные значения для изменения отдельных параметров и для степени изменения (повреждения) элементов системы, можно расчетным путем показать, что при этом будут обеспечены требуемые параметры системы в целом.

15.3.4. Изменение выходных параметров происходит в результате развития изменений (повреждений) системы во времени и подчиняется той или иной функциональной связи. Для выявления этих взаимосвязей строят расчетную схему. Такая схема, например, для процессов изменения улова или улова на промысловое усилие позволяет установить функциональную зависимость между изменением (повреждением) отдельных элементов и выходными параметрами подсистемы или системы.

Расчет вероятности безотказной работы системы по данному параметру и других показателей надежности проводят с учетом принятой модели отказа.

Если выходные параметры независимы, и необходимо оценить вероятность безотказной работыдля всей системы, то используют теорему умножений вероятностей. Если учитывают также и вероятность внезапных отказов, то оценивают их уровень и характер взаимодействия с постепенными отказами.

Для высоконадежных систем основной характеристикой, как показано выше, является запас надежности по каждому из выходных параметров. При этом срок службы определяется не только значением этого запаса, но и, главное, скоростью изменения коэффициента надежности во времени. Поскольку для каждого из параметров эти закономерности часто имеют различный характер, то запас надежности всей системы может ограничивать в процессе эксплуатации то один, то другой параметр (рис. 15.2). В этом случае срок службы системы определяется временем достижения любым из параметров значения, при котором запас надежностистановится равным единице или установленной допустимой величине. Полученные данные корректируют с учетом возможного восстановления системы (это в основном относится к установлению срока службы) и сравнивают с предполагаемыми значениями.

Рис.15.2. Запас надежности системы с тремя выходными параметрами.

Если полученные результаты не удовлетворяют принятым требованиям, то исходные данные корректируют. Структура формирования показателей надежности известна, поэтому можно определить, за счет каких элементов и насколько необходимо изменить исходные параметры.

Для сложных систем указанная схема может служить основной для разработки алгоритма расчета надежности с применением ЭВМ.

15.3.5. Создание высоконадежных систем управления рыболовством невозможно без нормирования основных показателей надежности. Прежде чем решать, какими методами следует повысить надежность системы, необходимо знать необходимый уровень надежности. При обосновании показателей надежности они часто противоречат другим показателям качества системы, например, производительности лова, экономическим показателями промысла и т.д. Соответственно, пытаются принять компромиссный вариант.

Нормированию подлежат, в первую очередь, вероятность безотказной работы с оценкой срока службы (или ресурса), в течение которых регламентируется. Для высоконадежных систем, у которых близок к единице, определяется запас надежности .

Значения и (или) взаимосвязаны. Поэтому нормируют при заданном значении(или). Значения(или) согласуют со структурой и периодичностью восстановления (регулирования) системы, а допустимая вероятность безотказной работы служит мерой опасности последствий отказа.

При нормировании полезно рассматривать градацию систем управления рыболовством и их элементов по классам надежности.

В нулевой класс входят малоответственные элементы, отказ которых остается практически без последствий. Для них показателями надежности служат средний срок службы, наработка на отказ или параметр потока отказов.

К первому классу относятся системы и элементы систем, отказ которых приводит к повышенным затратам на восстановление системы или небольшой остановке работы системы. В этом случае принимают примерно 0,9.

Ко второму классу относятся системы и элементы систем, отказ которых приводит к невыполнению задания (потере работоспособности) в течение сезона, года. Для таких систем принимают ориентировочно 0,95.

В третий класс входят системы, работоспособность которых нарушается на несколько лет и для которых принимают 0,99.

Наконец, в четвертый класс можно отнести системы, отказ которых в заданный период недопустим и =1.

Важно, что, во-первых, приведенные вероятности заданы для определенного периода эксплуатации (или) и, во-вторых, режимы работы и условия эксплуатации системы должны быть также строго регламентированы. Кроме того, учитывают, что для системы управления рыболовством, как правило, нельзя назначить только общее значение допустимой вероятности безотказной работы без дифференциации этого показателя на категории по последствиям отказа.

15.3.6. Повышение надежности системы управления рыболовством иногда требует затрат для улучшения качества системы. Возможны, например, мероприятия для повышения качества технических средств лова, условий лова, запаса (например, за счет искусственного воспроизводства, улучшения количества и качества нерестилищ). Соответственно, при разработке и сознании стоимость системы возрастает, а при эксплуатации уменьшаются расходы на восстановление системы. Поэтому существует некоторый оптимум надежности системы, соответствующий минимальным затратам на ее создание и эксплуатацию.

Отыскание оптимума на стадии создания системы сложно. Для этого необходимо знать зависимость между затратами на повышение надежности основных элементов и эффектом, который затраты дадут при эксплуатации системы. Задачу относительно просто решить, если имеется прототип системы, надежность которой и условия эксплуатации известны. В этом случае следует обосновать экономическую необходимость повышения надежности для каждого конкретного случая. Для этого обычно предварительно разбивают общую задачу отыскания оптимума на отдельные этапы, которые устанавливают при эксплуатации системы. Часто при этом действует так называемый принцип Парето: «Наибольшие денежные потери сконцентрированы в очень малом числе мест». Помимо экономического обоснования необходимого уровня надежности полезно провести исследования по выявлению тех элементов системы, отказы которых могут иметь серьезные последствия.

15.3.7. Для оценки всей совокупности отказов системы и сравнения их с учетом опасности отказа иногда составляют так называемую матрицу опасности отказа. По ее осям отложены уровень опасности и класс вероятности отказа. В клетки матрицы записывают номер отказа по перечню, который составляют для данной системы, и класс по последствиям отказа.

Чем дальше квадрат, в который занесен данный вид отказа от начала координат, тем больше его влияние на безопасность системы. К этим элементам необходимо в первую очередь применять меры для перевода их в другую категорию, отвечающую большей степени безопасности системы.