Цель. Цель работы состоит в создании и верификации методов прогнозирования надежности автономного энергоснабжения локальных потребителей малой мощности. Методы. В работе применяются инструменты имитационного моделирования: методы вычислительного эксперимента для прогнозирования надежности и безопасного ресурса эксплуатации автономных кластерных распределенных энергетических сетей, которые включают в свой состав разные установки генерации энергии, линии электропередачи и автоматизированную систему саморегулирования для диверсификации рисков отказов. Результаты. На базе методов вероятностного анализа безопасности технических систем прогнозируется надежность энергоснабжения в аспектах возможных отказов при функционировании энергетических сетей и угроз для жизнедеятельности потребителей. Путь решения задачи – моделирование и прогнозирование момента возникновения отказа энергетической сети – критические нарушение проектных условий функционирование, авария и т. д. Этот сценарный путь позволяет для длительного периода эксплуатации моделировать ситуации отказов вследствие деградации и разрушения элементов, агрегатов, линий электропередач, и отказов в условиях многомерной неопределенности прогнозирования надежности и качества энергоснабжения. Основным результатом моделирования является свод рекомендаций по обеспечению энергетической безопасности потребителей. Представлен результат моделирования показателей надежности, анализ влияния на надежность и энергетическую безопасность потребителей структурных решений об облике проекта распределенных энергетических сетей. Заключение. Использование вычислительного эксперимента и результатов моделирования надежности при энергоснабжении потребителей, в аспектах прогнозирования вероятностных индикаторов отказов оборудования и элементов кластерных энергетических сетей, выявления их последствий для энергетической безопасности жизнедеятельности малонаселенных и труднодоступных дислокаций, закладывает основу для управления качеством энергетической сети. При этом открывается перспектива в дальнейшем включать в модель дополнительные причины и исходные события для изучения фактов отказов. Например, такие причины, как неравномерность процессов генерации с использованием возобновляемых источников, конечность запаса топлива для традиционных источников генерации, надежность работы персонала энергетической сети. Предложенный подход позволяет верифицировать перспективные новые проектные решения по будущему облику энергетической сети, например, включить в состав распределенной энергетической сети системы накопления и хранения энергии, являющиеся в различные моменты времени как «генератором», так и «потребителем». Имитационное моделирование процессов поведения локальных энергетических сетей представляет практический интерес и важно для повышения их потребительского качества, противоаварийной устойчивости к опасному воздействию со стороны окружающего мира.
Цель. Обозначить и систематизировать технологические ограничения марковского метода анализа надежности систем, определить их границы с учетом фактической реализуемости метода, показать возможности расширения границ реализуемости марковского метода. Рассмотрены ограничения, связанные с автоматизацией построения графа состояний и математическим решением соответствующих систем алгебраических и дифференциальных уравнений с использованием пакетов компьютерной математики.
Методы. Предложен подход к автоматическому построению графа состояний технических систем, заданных структурной схемой надежности, а также сетей связи, заданных структурной схемой. Рассматриваются подходы к снижению размерности графа состояний, которые не снижают точность вычисления показателей надежности. Также рассматриваются подходы к снижению размерности графа состояний за счет усечения графа или объединения неработоспособных состояний, которые приводят к смещенным расчетным значениям показателей надежности.
Результаты. Показаны фактические границы применимости марковского метода, их актуальность с учетом использования современных информационных технологий. Показаны подходы, расширяющие область реализуемости марковского метода анализа надежности больших систем. Исследован существующий подход к усечению графа состояний; предложены и исследованы (на смещенность) подходы к объединению неработоспособных состояний графа.
Заключение. Рассматриваемые в статье подходы позволяют расширить область фактической реализуемости марковского метода анализа надежности на системы с большим количеством подсистем.
Точечное оценивание – это одна из наиболее употребительных форм статистических выводов. В данной работе затрагиваются понятия несмещенность и эффективность смещенных оценок. Привлекательным приближением для истинного (количественного) значения оцениваемого параметра t, чьи величины принадлежат некоторому числовому множеству t T, является такая оценка, для которой минимальна сумма математического ожидания от квадрата разностей между возможной реализацией и оцениваемым параметром t (оценивание по методу наименьших квадратов). Другой подход состоит в том, чтобы найти величину параметра t исходя из суммы математического ожидания от разности между возможной реализацией ϵ = xi и оцениваемым параметром t при условии, что эта сумма равна нулю, так что положительные и отрицательные разности сбалансированы ∑(xi – t) = 0. При этом реализации от N независимых случайных величин имеют общее распределение, зависящее от оцениваемого параметра t. Существуют и другие подходы, но в настоящее время не существует единственного убедительного определения оптимальности поиска эффективных оценок. Известный статист Бокс писал: «Все модели неправильные, но некоторые из них полезны». Не всегда просто установить адекватность модели, поэтому именно полезность определяет наш выбор! Предлагаемый ниже простой критерий эффективности смещенных оценок слишком удобен, однако это не означает, что предположение об эффективности смещенных оценок на основе этого критерия истинно, но полезность этой простой и удобной модели очевидна.
Цель работы. Целью работы является построение простого критерия эффективности смещенных оценок и получение простых эффективных оценок показателей надежности для биномиального плана испытаний и плана испытаний с ограниченным временем и восстановлением при использовании построенного простого критерия эффективности смещенных оценок.
Выводы. Получен простой критерий эффективности смещенных оценок, в котором скомпенсировано влияние неравнозначности величин дисперсии и квадрата смещения. Получены новые эффективные смещенные оценки различных показателей надежности для биномиального плана испытаний и плана с ограниченным временем испытаний и восстановлением отказавших изделий.
Резюме. Цель. Предложить методический подход к вероятностному прогнозированию и сравнению качества функционирования систем, производящих материальную и/или информационную продукцию, проиллюстрировать практичность предложенного подхода примерами в различных приложениях.
Методы. Предложены к использованию методы и модели, построенные на основе методов теории вероятностей и системного анализа, доведенные до реализации в национальных стандартах системной инженерии.
Результаты. Модели сложных систем, производящих материальную и/или информационную продукцию, адаптированы в интересах прогнозирования и сравнения для одной и той же системы в разных условиях функционирования, для разных систем применительно к одному периоду времени или для разных периодов времени с одинаковыми или отличающимися продолжительностью и условиями функционирования. Предложенный подход охватывает: методы оценки относительной части функций системы, выполняемых с приемлемым качеством, оценки затрат в жизненном цикле систем, оценки относительной степени удовлетворенности заинтересованных сторон, связанной с качеством и затратами при функционировании системы.
Выводы. Продемонстрирована работоспособность предложенного методического подхода к вероятностному прогнозированию и сравнению качества функционирования систем различного приложения в условиях неопределенности. Подход может быть принят за основу системного анализа и оптимизации качества функционирования систем, производящих материальную и/или информационную продукцию, обоснования количественных системных требований и инженерных решений, направленных на удовлетворение потребностей заинтересованных сторон.
В статье приведена расчетная методика обнаружения и исключения аномальных значений. Показано, что ее эффективность зависит от объема априорной информации об исследуемом процессе. Предложенный метод использован для случаев, когда процесс стационарный и имеет гауссовский закон плотности распределения вероятности. При анализе нестационарных случайных процессов существующие методы и алгоритмы опираются на то, что аномальная составляющая является аддитивной и априорно известны характеристики аномальных значений. В работе использовалась теория статистических решений, которая позволяет формализовать алгоритмы проверок и выбрать критерий обнаружения аномальных значений. Предложены как параметрические, так и непараметрические методы. В первом случае необходимо располагать априорными сведениями как о функции полезной составляющей, так и о законе распределения аномальной составляющей процесса, а также и о его параметрах. Постулируется, что использование непараметрических методов обработки требует значительно меньше априорной информации, но их эффективность определяется параметрами обработки, которые, в свою очередь, зависят от функции полезной и закона распределения аномальной составляющих процесса. Отмечено, что выброс может в действительности оказаться одним из экстремальных значений распределения вероятности случайной величины. Изложены проблемы неопределенности информации по входным данным при расчетах классическими методами. Исследован характер влияния внешних факторов на надежность и степень учета факторов в существующих методах. Представлены методики оценки ресурса исследуемых объектов, среди которых важное место занимают методики, основанные на использовании контрольных карт. Показано, что размах оказывается более удобной для подсчета мерой рассеяния данных, чем стандартное отклонение. Нанесение на контрольную карту наряду с математическим ожиданием размаха выборки позволяет легче заметить аномальное изменение. Размах служит грубой мерой скорости изменения переменной, за которой ведется наблюдение, и его значение может выйти за контрольные пределы на карте размаха и подать сигнал аномалии значительно раньше, чем изменение среднего, которое при этом еще может находиться в заданных контрольных пределах.
Статья от редакции журнала “Надежность” для выпуска Том 24, № 1
Цель. Рассмотреть структуру и составляющие безопасности существующих транспортных систем, чтобы на их основе рассматривать все множество опасностей и угроз, характерных для инновационного рельсо-струнного транспорта. Определить конкретные условия и функции эффективного и безопасного движения рельсовых транспортных средств, чтобы на их основе формировать требования к разрабатываемой АСУ перевозочным процессом. Методы. Проведен анализ нормативных документов, посвященных вопросам безопасности существующих транспортных систем, а также условий и функций обеспечения безопасности движения рельсового транспорта. Рассмотрены вопросы полноты и корректности предлагаемых функций, особенностей их реализации, предусмотренных различными стандартами. Результаты. Предложен набор базовых элементарных функций безопасности движения рельсового транспорта, на основе которых детализируются алгоритмы функционирования подсистем струнного транспортного комплекса. Даны комментарии об особенностях реализации функций. Предложена терминология безопасности струнного транспортного комплекса и взаимосвязи ее составляющих: безопасности эксплуатации, функциональной безопасности и безопасности движения. Заключение. Предлагаемая терминология и набор базовых функций безопасности движения позволяют систематизировать разработку современной безопасной АСУ перевозочным процессом. Использование элементарных несовместных функций безопасности движения допускает их модульную (независимую) реализацию, позволяет минимизировать их количество. Это способствует снижению трудоемкости разработки и подтверждения соответствия АСУ предъявляемым требованиям.
В статье представлен анализ динамики аварийных ситуаций в электрических сетях Единой энергетической системы (ЕЭС) России за 2014-2021 годы. Программные алгоритмы, разработанные авторами, использованы для аппроксимации рядов аварийных отключений. На основе этих алгоритмов произведен расчет и представлена визуализация изучаемых показателей. На основании методов корреляционного и регрессионного анализа рассчитаны параметры уравнений авторегрессии и тренда, используемых для прогнозирования аварийных отключений. В качестве объекта исследования рассмотрены режимы аварийной динамики в крупнейших российских сетевых компаниях напряжением 110 кВ и выше. Проанализированы данные о возникновении аварийных ситуаций в 23 объединениях электрических сетей, входящих в структуру ЕЭС России, за 2014-2021 годы. Определены проценты аварий на крупнейших предприятиях электрических сетей с учетом их протяженности, а также сезонных особенностей территорий, через которые проходят линии электропередачи. Кроме того, проанализированы данные об износе основных элементов сети, а также федеральные инвестиции в развитие исследуемой компании. Согласно исследованию, наиболее надежной оценкой реального состояния аварийных электрических сетей следует считать конкретный показатель, зависящий от протяженности сетей и уровня организации их эксплуатации. Оценка уровня износа исследуемых сетей показала, что наибольший износ соответствует ПАО «Россети Урала» (Екатеринбург, Россия) (более 60%), наименьший – АО «Россети Янтарь» (25%) (Калининград, Россия). При оценке сезонной составляющей как одного из критериев аварийности установлено, что наибольший ущерб приходится на летний период: июнь, июль и август. Выявлено, что уравнения авторегрессии и тренда могут быть использованы для прогнозирования исследуемых показателей в краткосрочной перспективе.
В любой отрасли разработка структуры планирования проекта представляет собой сложную техническую задачу, которая включает в себя оценку факторов, ограничивающих выполнение задач по каждому виду работ, и соответствующие инструменты планирования. Любое ограничение влияет на время выполнения работ, эксплуатационные издержки и общую эффективность выполнения проекта. Процессы метода оценки и пересмотра программ (Programme Evaluation Review Technique, PERT) и метода критического пути (Critical Path Method, CPM) побудили многих исследователей изучать возможные способы поиска критических путей и работ в сетевом графике. CPM и PERT пока еще очень далеки от реализации вероятностной среды. Однако подходы на основе искусственного интеллекта, такие как генетический алгоритм, алгоритм Дейкстры и другие, используются для анализа сети в рамках управления проектами. Настоящее исследование призвано помочь менеджеру проекта спланировать график выполнения строительного проекта для определения ожидаемого времени его завершения. В данной исследовательской работе мы описываем метод получения раннего и позднего значений времени критического пути с помощью модифицированного алгоритма Дейкстры с треугольными нечеткими числами. Для поиска оптимального пути для предложенного метода разработаны алгоритмы прохода вперед и назад. Также приведены численные примеры. Результаты моделирования приведены с использованием программы «C». Наконец, проводится сравнение с традиционным методом PERT.
Цель. Целью данной статьи является: показать актуальность оценивания технического уровня БЛА в целом, выявить и отразить особенности проблемы оценивания технического уровня (ТУ) на этапе эксплуатации. Методы. При формировании материалов статьи используется метод системного анализа. Результаты. Показана роль оценки ТУ разведывательно-ударных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) как индикатора их технического совершенства, представлены состояние, методология и результаты оценивания ТУ БЛА на всех этапах жизненного цикла, основные направления развития БЛА, выявлены особенности оценивания ТУ БЛА на этапе проектирования с целью поддержания требуемого уровня на этапе эксплуатации. Выводы. Предложены рекомендации по структурированию показателей, отражающих стабильность и развитие БЛА. Подбор модулей под требования, предъявляемые к показателям развития, позволит поддерживать надлежащий технический уровень БЛА на этапе эксплуатации.
Цель. Установить особенности обнаружения ошибок при самодвойственном контроле вычислений устройствами автоматики, а также предложить способ организации контроля вычислений с обнаружением любых неисправностей из заданной модели. Методы. Использованы методы технической диагностики дискретных систем, булевой алгебры, комбинаторики. Результаты. Проанализированы особенности обнаружения ошибок на выходах самодвойственных цифровых устройств комбинационного типа. Формализованы условия обнаружения и не обнаружения ошибок на выходах самодвойственных комбинационных схем, которые позволяют на практике путем анализа потенциальных ошибок на их выходах организовывать полностью самопроверяемые схемы встроенного контроля. При этом отмечается, что если полного покрытия всех ошибок на выходах самодвойственных схем не удается достичь при контроле вычислений только по признаку принадлежности функций классу самодвойственных, то в ряде случаев это возможно за счет дополнительного контроля принадлежности формируемых кодовых векторов заранее выбранному избыточному коду. Установлено, за счет каких особенностей для реальных цифровых устройств потенциально возможно большое количество компенсируемых при самодвойственном контроле ошибок. Теоретически определено, что в реальных практических приложениях при самодвойственном контроле вычислений чем больше число входных переменных, тем выше вероятность не обнаружения ошибки за счет большего числа сочетаний искажений на выходах. Но чем больше число реализуемых устройством функций, тем выше и вероятность обнаружения ошибки. Тем не менее, на практике нужно индивидуально подходить к процессу организации контроля вычислений по признаку самодвойственности вычисляемых функций для каждого из цифровых устройств. Приведены некоторые результаты экспериментов, демонстрирующие особенности обнаружения ошибок на выходах самодвойственных комбинационных схем с использованием различных схемотехнических способов, основанных на сжатии сигналов от объектов контроля с применением модифицированных кодов Хэмминга (кодов Сяо). Заключение. Установленные в работе условия обнаружения ошибок на выходах самодвойственных цифровых устройств позволяют на практике синтезировать самопроверяемые вычислительные системы с улучшенными показателями контролепригодности по сравнению с традиционными подходами к их реализации.
Цель. Одной из наиболее сложных задач искусственного интеллекта является проблема согласованности совместно формируемой совокупности знаний. При этом существует весьма важный аспект процесса приобретения знаний – наличие средств сопровождения знаний. В общей схеме функционирования процедур сопровождения системы знаний особое место занимают процедуры, связанные с контролем согласованности взаимосвязанных компонентов. Среди направлений в области представления знаний выделилось исследование условий функционирования корпоративной системы знаний, в рамках которого одной из самых открытых проблем оказался поиск предпочтительной структуры интероперабельности компонентов системы знаний. Рассмотрим некоторое множество из n элементов, представляющих собой агенты, информационные системы или компоненты знаний, тогда можно поставить цель – оценить уровень интероперабельности и представить структуру интероперабельности на основании анализа предпочтительности установления отношений между элементами. Методы. Таким образом, необходимо учитывать влияние структуры взаимодействующих элементов на мотивацию к интероперабельности на основе определенных признаков или характеристик в структуре элементов, которые способствуют или препятствуют достижению интероперабельности. Было отмечено, что потенциальная возможность установления интероперабельности на основе структуры взаимосвязанных элементов, может быть определена как структурная интероперабельность. Соответственно, для изучения тенденции информационных систем или элементов к интероперабельности в зависимости от соотнесения собственных признаков или характеристик была предложена методология структурного соответствия, позволяющая оценивать группы потенциально близких друг к другу элементов на основе аппарата структурной согласованности. Моделирование структурной интероперабельности на основе анализа структуры связей с помощью выбранного критерия согласованности позволяет найти ближайший к исходному множеству согласованный прообраз. Найденный прообраз своими подмножествами указывает на предпочтительную группировку элементов, при которой интероперабельность между ними устанавливается с наименьшей рассогласованностью. Результаты. В результате возникает разбиение множества потенциально взаимодействующих элементов на наборы мотивированных к взаимодействию элементов. В работе предлагается и обосновывается алгоритм нахождения для произвольной структуры элементов наиболее близкой согласованной структуры, на основе которой можно сделать вывод о выборе структуры интероперабельности. Выводы. Из анализа предлагаемого алгоритма и его альтернативы следует, что при сформулированных условиях существования структурной интероперабельности существует несколько вариантов выбора приемлемой структуры интероперабельности. Однако поиск оптимального варианта потребует перебора среди всех приемлемых вариантов, либо использование разумных эвристик, учитывающих специфику матрицы связности исходного знакового графа. Сравнивая представленные алгоритмы, необходимо заметить, что, алгоритм распространения меток носит оценочный характер, при этом, несмотря на сложность комбинаторных оценок и преобразований, алгоритм уменьшения рассогласованности на основе вектора повершинных различий представляет собой инструмент перманентного анализа и управления согласованностью наборов мотивированных к интероперабельности элементов.