Технические науки/5.Энергетика
Протащик А.Ю., к.т.н. Мезин С.В.
Научный
исследовательский университет «МЭИ», Россия
Методика построения аналитической модели, основанная
на принципе анализа иерархий
Потребности человечества в энергии
постоянно возрастают, несмотря на значительные усилия промышленно развитых
государств в реализации программ энергосбережения и повышения эффективности
энергопотребления. Запасы органического топлива ограничены. По оценке различных
источников, запасов, даже с учетом разведки новых месторождений, может хватить
на ближайшие 100-150 лет. Поэтому на
современном этапе развития энергетических технологий, альтернативы атомной
энергетике не существует.
Управление энергоблоками АЭС немыслимо,
как с точки зрения технологии, так и с позиций безопасности без использования
автоматизированных систем управления технологическим процессом. Надежность
является одним из важнейших требований к системам АСУ ТП и АСУП, поэтому ,
поиску более совершенных и адекватных методов и путей оценивания, анализа и
совершенствования характеристик надежности АСУ ТП и их компонентов уделяется в
настоящее время большое внимание во многих научных центрах.
Данная публикация посвящена применению
научно обоснованной методики построения
аналитической модели для обработки экспертной информации относительно роли и
важности компонентов в формировании характеристик надежности уровней,
основанной на методах и процедурах анализа иерархий.
Известно, что в состав АСУ ТП входит
большое количество разнообразных элементов, каждый из которых характеризуется
многочисленными свойствами и связями, более того основные компоненты АСУ ТП
структурно и функционально увязаны со средствами управления индивидуального и
группового уровня, уровней управления энергоблоками и процессами в целом современных
ТЭС и АЭС. Поэтому можно утверждать, что АСУ ТП действительно относятся к
классу сложных систем с многоуровневой иерархической организацией и
описание процесса их
функционирования необходимо осуществлять на следующих уровнях описания (стратах):
– уровень физических процессов;
– уровень обработки информации;
– уровень принятия решения и управления.
Предлагаемый подход к расчету
характеристик надежности АСУ ТП со стратифицированным описанием процесса ее
функционирования ограничивается изучением и решением двух тесно связанных друг
с другом задач. Первая задача связана с
установлением соответствующих подмножеств компонентов (элементов и подсистем),
которые по мнению проектировщиков и обслуживающего персонала, именуемых здесь и
далее лицом, принимающим решение (ЛПР), вносят наибольший вклад в формирование
характеристик надежности конкретной страты.
Вторая задача связана с
разработкой математической модели, позволяющей на основе неформальной
информации установить относительную важность компонентов (элементов и
подсистем) страты в формировании ее характеристик надежности. Решение этой
задачи, очевидно, нас приводит к проблеме измерения и построения
соответствующей шкалы отношений, позволяющей каждому оцениваемому элементу
поставить в соответствие вещественное число, характеризующее степень его
важности по отношению к другим элементам.
Отталкиваясь от методов и
процедур анализа иерархий [1, 2], на примере конкретной
АСУ ТП TELEPERM ME (SIEMENS AG, Германия), получившая в настоящее время широкое
применение на отечественных и зарубежных ТЭС и АЭС была получена формализованная математическая схема,
позволяющая получить искомые оценки
показателей надежности, основываясь исключительно на суждениях экспертов.
Так сначала даются
общие сведения о системе, ее назначении, основных компонентах и т.п.,
приводятся доступные сведения по надежностным характеристикам элементов системы
и ссылки на источники этой информации. Далее, наиболее значимые с точки зрения
надежности элементы системы распределяются по принятым уровням описания АСУ ТП
(физических процессов; обработки, передачи и распределения данных; управления и
принятия решений). Затем, для отобранных
элементов в пределах каждого уровня проводится процедура парного сравнения
степени важности учета по критерию надежности, и, в соответствии с
разработанной методикой, выводятся числовые представления о степени влияния
элементов на надежность уровня и системы в целом.
Выбранная и
обоснованная шкала экспертных оценок для
реализации предлагаемой математической модели (заполнения матриц попарных
сравнений), учитывает естественную способность человека к сравнению,
установлению превосходства и формированию оценок.
Далее, путем
агрегирования показателей надежности всех уровней системы с учетом полученных
для них весовых коэффициентов, получена оценка надежности всей системы.
Математический
аппарат, применяемый для анализа отдельных страт, легко распространяется на
случай многоуровневой структуры. Полученные формулы позволяют оценить степень
влияния элементов низших уровней на надежность системы в целом.
Практическую
значимость предлагаемого в работе стратифицированного методического подхода к
анализу характеристик надежности АСУ ТП составляет информация относительно
влияния каждого рассматриваемого элемента системы на ее итоговую надежность, на
надежность конкретного уровня или, в рамках задачи сравнения нескольких систем,
рейтинг-список рассматриваемых систем по выбранным критериям, что может
существенно помочь в решении очень актуальной на сегодня проблемы обоснованного
выбора для автоматизации объектов энергетики конкретной АСУ ТП из огромного
числа предлагаемых на рынке.
При соответствующем
агрегировании полученных оценок влияния элементов с учетом реальных
характеристик их надежности возможно получение итоговых результатов в виде
общепринятых показателей надежности (наработка на отказ, интенсивность отказов
и др.), т.е. разработанная методика учитывает тот научный потенциал, который
имеется в настоящее время в теории надежности.
Для удобства
применения полученной методики создано программное обеспечение “Helpex” (“помощник эксперта”),
которое позволяет визуализировать
процесс создания иерархий различных типов, проводить их корректировку,
находить, основываясь на экспертной информации приоритеты элементов, лежащих на
нижнем уровне иерархии, по отношению к единственному элементу верхнего уровня.
Программа также приспособлена для решения одноуровневой задачи ранжирования по
экспертным оценкам совокупности элементов путем решения задачи о собственном
векторе и собственном значении.
Литература:
1.
Саати Т. Взаимодействия
в иерархических системах// Техническая кибернетика. – №1.- 1979.- С.68-84
2.
Саати Т. Принятие
решений. Метод анализа иерархий. – М.:
Радио и связь, 1993. – 320 с