14.11.20131ОАО "СПИК СЗМА" Специализированная инжиниринговая компания «СЕВЗАПМОНТАЖАВТОМАТИКА» Санкт-Петербург, - презентация

1 ОАО "СПИК СЗМА" Специализированная инжиниринговая компания «СЕВЗАПМОНТАЖАВТОМАТИКА» Санкт-Петербург, ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «АРБИТР» ДЛЯ ОЦЕНКИ РИСКОВ И НАДЕЖНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНЫХ СИСТЕМ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, ПРАКТИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Выступление на Пленарном заседании Всероссийского совещания заведующих кафедр по вопросам образования в области безопасности жизнедеятельности и защиты окружающей среды 30 сентября 2013 г., МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва. Можаев Александр Сергеевич

2 ОАО "СПИК СЗМА" Вопросы моделирования и расчета показателей свойств надежности, живучести и безопасности структурно-сложных систем большой размерности являются важной составной частью многих учебных дисциплин в различных ВУЗах РФ. Главной трудностью их эффективной реализации в учебном процессе является практическая невозможность ручного построения расчетных математических моделей указанных свойств систем. В данном кратком сообщении Вашему вниманию представляются данные об отечественном программном комплексе «АРБИТР», позволяющем автоматически строить математические модели и рассчитывать показатели надежности, живучести и безопасности систем большой размерности и высокой структурной сложности.

3 ОАО "СПИК СЗМА" 3 1. Программные комплексы моделирования и расчета показателей надежности и безопасности систем 1.1. ПК - Деревьев отказов (ДО) и деревьев событий 1. «RISK SPECTRUM», Швеция; 2. «РИСК» (RISK), РФ; 3. «CRISS 4.0», «CRISS 5.1», РФ ; 4. «SAPHIRE», США ; 5. «FTA WINDCHILL» (Relex), США; 1.2. ПК - Блок-схем (БС) работоспособности 6. «RBD WINDCHILL» (Relex), США ; 1.3. ПК - Общего Логико-Вероятностного Метода (ОЛВМ) 7. «АРБИТР» (ПК АСМ СЗМА), РФ. Структуры СЭС «35»

4 ОАО "СПИК СЗМА" 4 2. Сравнительный анализ разных программных комплексов автоматизированного моделирования В г. тремя организациями: ВГУП «СПбАЭП», ИПУ РАН и ОАО «СПИК СЗМА» была выполнена научно-исследовательская работа «Технология 2004» (282 стр.) [25] по сравнительному анализу точности решения задач комплексами «Risk Spectrum» (Швеция) **, «WINDCHILL»/« Relex» (США) ** и «АРБИТР»/ПК АСМ СЗМА/, (РФ). Все решения 12 групп, включающих 37 задач, с помощью ПК АРБИТР оказались правильными. Поэтому все три организации пришли к единому заключению:25** «Считаем целесообразным объединить усилия организаций- исполнителей данной работы и приступить к разработке на базе ОЛВМ, технологии и ПК АСМ СЗМА ( «АРБИТР») отечественных специализированных программных комплексов автоматизированного структурно-логического статического и динамического моделирования, расчета показателей и оптимизации надежности, безопасности и риска функционирования сложных систем для различных отраслей промышленности». НИР «Технология-2004»

5 ОАО "СПИК СЗМА"5 3. ОБЩИЙ ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫЙ МЕТОД (ОЛВМ) Создан в середине 80-х годов в Военно-Морской Академии и является дальнейшим развитием типовых монотонных логико-вероятностных методов в следующих направлениях: 1.Разработки (1982 г.) нового логически универсального графического аппарата представления структур исследуемых свойств систем – схемы функциональной целостности (СФЦ). 2.Реализации всех возможностей основного аппарата моделирования – алгебры логики в функционально полном базисе операций «И», «ИЛИ» и «НЕ» (общий класс всех видов монотонных и немонотонных моделей). Это потребовало разработки новых методов и средств реализации всех этапов моделирования и расчетов: -универсального графоаналитического метода (УГМ) построения монотонных и немонотонных логических функций; -комбинированного метода построения многочленов расчетных вероятностны функций (ВФ); -теории и технологии автоматизированного структурно-логического моделирования (АСМ) Структуры 35

6 ОАО "СПИК СЗМА" 6 4. Основные этапы моделирования и расчетов с помощью ПК Методика практического применения технологии и программных комплексов структурного моделирования 1.Анализ системы и построение СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ исследуемого свойства ее надежности или безопасности (дерева отказов, блок-схемы работоспособности, СФЦ). 2.Определение (задание) ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ. 3.Построение МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ исследуемого свойства системы. 4.РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ исследуемого свойства системы. 5.Анализ результатов в целях выработки, обоснования и реализации УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.

7 ОАО "СПИК СЗМА"7 5. Аппарат схем функциональной целостности ОЛВМ 1/6 Примеры построения СФЦ

8 ОАО "СПИК СЗМА" 8 6. Интерфейс пользователя ПК «АРБИТР» с решением задачи: «Анализ безопасности участка железной дороги» Пример анализа безопасности участка железной дороги

9 7. ПРИМЕР МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА ФРАГМЕНТА УСТАНОВКИ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Построение структурной схемы безопасности Моделирование и расчет показателей Технологическая схема отгонной части колонны К-7М ОПИСАНИЕ

10 ОАО "СПИК СЗМА"10 8. Результаты аттестации ПК «АРБИТР» Ростехнадзором РФ В период годов комплекс АРБИТР проходил процедуру официальной аттестации в Совете по аттестации программных средств НТЦ ЯРБ РОСТЕХНАДЗОРа РФ. В Отчете о верификации (1031 стр.) пяти экспертам были представлены решения 10 расчетно-аналитических тестов (184 задачи) и 5 выданных экспертами контрольных примеров (20 задач). У всех экспертов не было ни одного замечания по правильности решения АРБИТР всех 204 тестовых и контрольных задач. Отчет о верификации Описание тестов Описание контр. Примеров 46 аттестованных функций ПК «АРБИТР» По результатам экспертизы на программное средство АРБИТР (ПК АСМ СЗМА), базовая версия февраля 2007 г. выдан Аттестационный паспорт 222. Комплекс аттестован на срок 10 лет и разрешен к применению на всех предприятиях РОСТЕХНАДЗОРа РФ. АП АРБИТР

11 ОАО "СПИК СЗМА" Список организаций применяющих ПК «АРБИТР» 1. ФГУП «Крыловский государственный научный центр» - Федеральное государственное унитарное предприятие «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург. 2. ОАО «ЦКБ МТ «Рубин» - Открытое акционерное общество «Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин», Санкт-Петербург. 3. ФГУП «ПО «Маяк» - Федеральное государственное унитарное предприятие «Производственное объединение «Маяк»,г. Озерск Челябинской области. 4. ООО «РЭСцентр» - Общество с ограниченной ответственностью «Межотраслевой экспертно-сертификационный, научно-технический и контрольный центр ядерной и радиационной безопасности», Санкт-Петербург. 5. ОАО «Гипровостокнефть» - Открытое Акционерное Общество «Институт по проектированию и исследовательским работам в нефтяной промышленности «Гипровостокнефть», г. Самара. 6. ОАО «ВТИ» - Открытое акционерное общество «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт», Москва. 7. ООО «НТЦ «ТБ» - Общество с ограниченной ответственностью «Научно-технический центр «Технологии и безопасности», Санкт-Петербург. Работы организаций

12 ОАО "СПИК СЗМА" Список организаций применяющих ПК «АРБИТР» 8.ООО «Ленгипронефтехим» - Общество с ограниченной ответственностью «Институт по проектированию предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, Санкт-Петербург. 9. ГОУ ВПО «МАТИ» - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского, Москва. 10. ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов. 11. Академия ГПС МЧС России - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», Москва. 12. НИИ МВС ЮФУ - Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем имени академика А.В. Каляева Южного федерального университета", г. Таганрог. Работы организаций

13 ОАО "СПИК СЗМА" Список организаций применяющих ПК «АРБИТР» 13.ФГБОУ ВПО «КубГТУ» - Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар. 14.Воронежский институт МВД России - Федеральное Государственное Казенное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Воронежский институт Министерства внутренних дел Российской Федерации», г. Воронеж. 15. ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России - Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Санкт-Петербургский Университет Противопожарной Службы Министерства Российской Федерации по делам Гражданской Обороны, Чрезвычайным Ситуациям и Ликвидации последствий стихийных бедствий», Санкт- Петербург. 16. ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана", Москва.

14 ОАО "СПИК СЗМА" Список организаций применяющих ПК «АРБИТР» 17.ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт- Петербургский государственный политехнический университет», Санкт-Петербург. 18.ОАО «СПИК СЗМА» - Открытое акционерное общество «Специализирован- ная инжиниринговая компания «Севзапмонтажавтоматика», Санкт-Петербург. 19. ЗАО «Трест СЗМА» - Закрытое акционерное общество Трест «Севзапмонтаж- автоматика», Санкт-Петербург. 20. ЗАО «ТЕЛРОС» - Закрытое акционерное общество «Телефоны России», Санкт-Петербург. 21. ВУНЦ «Военно-Морская академия» - Военный учебно-научный центр «Военно- Морская академия», Санкт-Петербург. (КНИГА ОЛВМ, 410 с.) 22. СПбГТИ (ТУ) - Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет).

15 ОАО "СПИК СЗМА"15 Опыт практического применения ОЛВМ, теории, технологии и ПК АРБИТР разными организациями показал: Корректность теоретической разработки ОЛВМ и правильность реализации в АРБИТР всех 46 аттестованных функций. Наличие определенных проблем в подготовке специалистов к правильному и эффективному применению АРБИТР. Наличие у ряда организаций потребности в изменении состава функций базовой версии комплекса АРБИТР и его адаптации к специальным классам задач системного анализа. Объективной потребности в дальнейшем развития ОЛВМ, технологии и ПК АРБИТР как в традиционных областях применения ЛВМ и ОЛВМ, так и в ряде принципиально новых и ранее не освоенных направлениях системного анализа свойств надежности, живучести и безопасности. 10. Результаты применения ПК АРБИТР организациями

16 ОАО "СПИК СЗМА" Опыт применения ПК АРБИТР в НТЦ ТБ В проектах НТЦ ТБ помощью АРБИТР были определены: вероятности возникновения и стадии развития аварийных ситуаций; вероятности переходов аварийных ситуаций с одной стадии на другую; значимости и вклады элементов в безопасность объектов, на основе которых разрабатывались и обосновывались наиболее эффективные меры по снижению риска; При разработке деклараций пожарной безопасности проектируемых объектов нового нефтеперерабатывающего завода с использованием АРБИТР выполнены расчеты по определению количественных значений индивидуального и социального рисков в целях: оценки целесообразности включения в состав установок систем, обеспечивающих требуемые уровни пожарной безопасности; выполнения итерационных расчетов количественных значений пожарного риска различных по составу и структуре систем безопасности; определения требуемого уровня надежности систем безопасности

17 ОАО "СПИК СЗМА" Стандарты и РУ, поддерживаемые АРБИТР 1. ГОСТ Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения. М.: ИПК Издательство стандартов, 1986, 17 с. 2. ГОСТ Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996, 15 с. 3. РД Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов // Нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр. Серия 3. Выпуск 10. М.: Госгортехнадзор России, НТЦ «Промышленная безопасность», 2001, 60 с. 4. ГОСТ Р (МЭК :1995). Управление надежностью. Анализ риска технологических систем. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002, 22 с. 5. ГОСТ Р (МЭК 61078:1991). Менеджмент риска. Метод структурной схемы надежности. М.: Стандартинформ, 2005, 18 с. 6. ГОСТ Р (МЭК 61025:1990). Менеджмент риска. Анализ дерева неисправностей. М.: Стандартинформ, 2005, 11 с. 7. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (Приказ Миннеро 229 от г., РД , приказ Ростехнадзора РФ от г. 738).

18 ОАО "СПИК СЗМА" НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ АРБИТР 1. Снятие существующих ограничений и внедрение новых функциональных возможностей, например: выполнения качественно-сложного анализа и оценки эффективности и полного риска (ожидаемого ущерба) аварий сложных систем ОИАЭ и ОПО; автоматизации построения новых классов математических моделей систем – детерминированных, статистических, Марковских и сетевых; учет новых специальных видов зависимостей элементов; оптимизация технико-экономических решений по увеличению надежности и безопасности систем и др.

19 ОАО "СПИК СЗМА" НОВЫЕ функциональности, уже реализованные в комплексе АРБИТР 1. Качественно-сложный анализ систем, впервые позволяющий автоматизировать процессы моделирования и расчета показателей ожидаемого ущерба от аварий с разными уровнями последствий и реальной эффективности функционирования исследуемых объектов. 2. Автоматизированное статистическое моделирова- ние, позволяющее получать оценки вероятностных показателей надежности и безопасности сложных систем представляемых с помощью схем функциональной целостности. 3. Автоматическое построение детерминированных моделей последствий отказов и аварий различных групп элементов и выполнение оценки остаточной надежности, живучести и безопасности исследуемого объекта.

20 ОАО "СПИК СЗМА"20 7. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ОЛВМ И ПК АСМ После аттестации АРБИТР получен ряд новых результатов развития ОЛВМ, теории, технологии и ПК АСМ в следующих направлениях: - Дальнейшее развитие Аналитического ОЛВМ; - Создание метода оптимизации «надежность/стоимость»; - Разработка Детерминированного ОЛВМ; - Разработка Статистического ОЛВМ; - Разработка Марковского ОЛВМ; - Разработка логико-детерминированного метода (ЛДМ).

21 ОАО "СПИК СЗМА"21 Наиболее перспективным направлением дальнейшего развития ОЛВМ и ПК АРБИТР является, по нашему мнению, целенаправленная адаптация комплекса к специальным видам деятельности различных организаций, что может быть сделано только на основе совместных разработок.

22 ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 3.1 Типовая блок-схемаСФЦ блок-схемы Типовое дерево отказов СФЦ дерева отказов

23 ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 3.2 Типовой граф связности Типовое дерево событий СФЦ графа связности СФЦ дерева событий

24 ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 3.3 Типовая схема технологии фирмы HoneywellСФЦ схемы фирмы Honeywell

25 Комплекс программ RELEX Разработан Американской фирмой Relex SOFTWARE. Предназначен для вероятностного анализа надежности и безопасности систем. Представляет собой взаимосвязанный комплекс программных систем различного назначения: -Relex прогнозирования надежности систем иерархической структуры; -Relex FVEA/FVECA – анализа видов, последствий и критичности отказов; -Relex FT/ET – прогнозирования безопасности систем на основе деревьев отказов/деревьев событий; -Relex RBD – анализа надежности систем на основе блок-схем с использованием для вычислений аналитических методов и метода Монте Карло; -Relex Марковское моделирование – использует графы переходов состояний системы; -Relex прогнозирования ремонтопригодности – на основе иерархического описания системы и задания параметров восстановления элементов; -Relex LCC – оценки стоимости срока службы системы. Комплекс используется многими известными фирмами США, Англии, Франции и Германии. Недавно открыто представительство фирмы Relex в России (ИПУ РАН). Дополнительные сведения на сайте: 1/1

26 Программный комплекс RISK SPECTRUM (Швеция) Разработан Шведской фирмой Relcon Scandpower AB. Первая разработка выполнена в 1985 г. Всего разработано 6 пакетов (версий) программ в Risk Spectrum. Комплекс предназначен для вероятностного анализа надежности и безопасности систем. Формы исходной структурной схемы системы – деревья отказов и деревья событий. Размерность системы может достигать нескольких сотен элементов. Выполняет автоматическое построение и анализ минимальных сечений отказов. Производит приближенные вычисления вероятности отказа, коэффициента неготовности и частоты отказов исследуемой системы. Основное применение Risk Spectrum получил в вероятностном анализе безопасности объектов атомной энергетики. Его применение санкционировано МАГАТЭ. В России применяется в организациях Минатома для выполнения вероятностного анализа безопасности проектируемых атомных электростанций. Две версии комплекса Risk Spectrum прошли процедуру аттестации в Совете по аттестации программных средств НТЦ ЯРБ Госатомнадзора РФ. Комплекс используется в 47 % атомных электростанций мира (382 организации, 42 страны). Дополнительные сведения на сайте: 1/1

27 Аппарат схем функциональной целостности описания структур в общем логико- вероятностном методе автоматизированного структурно-логического моделирования Пример построения СФЦ мажори- тарной системы 2/3 (два из трех) YCYC Отказ системы YCYC Безотказность системы 6 Y C = x 1 x 2 x 1 x 3 x 2 x 3 P C =p 1 p 2 +p 1 p 3 q 2 + p 2 p 3 q 1 YC = x1x2 x1x3 x2x3 Q C =q 1 q 2 +q 1 q 3 p 2 + q 2 q 3 p 1

28 Пример применения СФЦ и технологии автоматизированного структурно- логического моделирования для анализа блок-схем 1. Схема системы безопасности 2. Блок-схема системы безопасности 4. Автоматизированное моделирование 3. СФЦ блок-схемы

29 Пример применения СФЦ и технологии автоматизированного структурно- логического моделирования для анализа деревьев отказов 1. Схема системы безопасности 3. СФЦ дерева отказа системы безопасности 4. Автоматизированное моделирование 2. Дерево отказа системы безопасности Qc

30 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ ЗАПРАВОЧНОЙ ОПЕРАЦИИ (РД Методические указания по проведению анализа риска ОПО. Госгортехнадзор России) Схема процесса заправки ПК АСМ 2001 ПК АСМ 2001 ПК АСМ СЗМА ПК АСМ СЗМА new ПК АСМ СЗМА new

31 Типовая блок-схемаСФЦ блок-схемы Типовое дерево отказов СФЦ дерева отказов РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ ЗАПРАВОЧНОЙ ОПЕРАЦИИ

32 Пример применения СФЦ и технологии автоматизированного структурно- логического моделирования для анализа графов связности Логическая функция работоспособности Yc составляет 92 кратчайших путей успешного функционирования, многочлен вероятностной функции – 144 слагаемых. Логическая функция неработоспособности Yc составляет 31 минимальное сечение отказа, многочлен вероятностной функции – 204 слагаемых. Контрольный расчет, при одинаковой безотказности всех элементов Pi=0.9, составил: Pc = , Qc =

33 СФЦ дерева отказов задачи «35»

34 Пример применения СФЦ и технологии автоматизированного структурно- логического моделирования для анализа нетиповых структур систем, используемых фирмой Honeywell 6/

35 Пример применения СФЦ и технологии автоматизированного структурно- логического моделирования для анализа деревьев событий 5/6

36 Пример применения Методических рекомендаций, технологии АСМ и ПК АСМ СЗМА для анализа безопасности участка железной дороги Требуется построить модель и рассчитать вероятность безопасного функционирования (вероятности не возникновения аварии) участка железной дороги, а также определить значимости и вклады каждого отдельного элемента в безопасность рассматриваемой системы в целом. Решение на основе прямой логики рассуждений Решение на основе обратной логики рассуждений 1/1

37 Моделирование безопасности участка ж.д. на основе прямой логики рассуждений 1. Постановка задачи 1/3

38 Моделирование безопасности участка ж.д. на основе прямой логики рассуждений 2. Решение задачи С помощью ПК АСМ СЗМА 2/3

39 Результаты моделирования и расчетов на основе прямой модели безопасности участка ж.д. 3/3

40 Моделирование безопасности участка ж.д. на основе обратной логики рассуждений 1. Постановка задачи 1/3

41 Моделирование безопасности участка ж.д. на основе обратной логики рассуждений 2. Построение СФЦ дерева отказа 2/3 СФЦ дерева отказаИсправленная СФЦ дерева отказа

42 3/3 Результаты моделирования и расчетов на основе обратных моделей безопасности участка ж.д. (дерева отказа) СФЦ дерева отказа Исправленная СФЦ дерева отказа

43 ОАО "СПИК СЗМА"43 Спасибо за внимание.