Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.31

Национальный горный университет

Волотковский А.А.

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: надежность технический автоматизация работоспособность

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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

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

6. 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.

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

8. 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.

9. 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.

Аннотация

В статье проанализированы проблемы надежности технических систем автоматизации управления качеством продукции. Рассмотрены ошибки в работе оборудования и классификация отказов автоматизированной системы управления. Доказана необходимость диагностики системы и важность повышения ее надежности. Предложен алгоритм определения работоспособности и локализации дефекта.

Ключевые слова: алгоритм, надежность, автоматизированные системы управления, отказ, повреждение, качество продукции.

The article analyzes the reliability problems of technical systems for automation of product quality management. The errors in the operation of the equipment and the classification of failures of the automated control system are considered. The need to diagnose the system and the importance of increasing its reliability is proved. An algorithm for determining the operability and localization of a defect is proposed.

Keywords: algorithm, reliability, automated control systems, failure, damage, quality of products.

Размещено на Allbest.ru