К.т.н. Абдыкалыков А.Т.

Национальный университет обороны
имени Первого Президента Республики Казахстан – Лидера нации, г. Астана

Живучесть как важное свойство обеспечения устойчивости функционирования систем оповещения населения в условиях воздействия поражающих факторов чрезвычайных ситуаций

Первичным качеством любой системы является устойчивость функционирования [1]. Системы, не обладающие этим качеством, не могут существовать. Для простых систем устойчивость объединяет такие их свойства, как прочность, стойкость к воздействию внешних факторов, сбалансированность, стабильность. Для сложных систем характерны различные формы структурной устойчивости, такие как живучесть, надежность. Вместе с тем, она учитывает все многообразие факторов, включая эксплуатационно-технические отказы, повреждения элементов системы стихийными факторами и преднамеренным воздействием противника, случайные и преднамеренные радиопомехи.

Применительно к системам связи [2] под устойчивостью понимают способность системы связи сохранять свою работоспособность при всех воздействующих факторах. Устойчивость системы связи определяется ее живучестью, помехоустойчивостью и надежностью. Определим понятие живучести для систем оповещения населения.

Понятие живучести сложных систем в различных отраслях знаний формулируется с различными оттенками, отличающимися глубиной проблемы и особенностями постановки задачи в отрасли. В словаре по кибернетике [3] «Под живучестью системы понимают способность к сохранению своих основных функций, хотя бы при понижении эффективности системы, при воздействии факторов катастрофического характера – в отличие от надежности, как способности выполнять свои функции в полном объеме и в нормальных, заранее рассчитанных условиях». Б.С. Флейшман [4] дает предельно короткое и четкое определение живучести, как «Свойство системы активно (при помощи соответствующим образом организованной структуры и поведения) противостоять вредным воздействиям внешней среды». Применительно к системам связи в ГОСТ 23609-86 [2], живучесть определена, как свойство системы выполнять поставленные задачи в условиях воздействия всех средств поражения, используемых противником.

Стекольников Ю.И. в своем анализе, сделанной в [5], предлагает обобщенное определение живучести – как свойство, характеризующее способность системы эффективно функционировать при получении повреждений (разрушений) или восстанавливать данную способность в течение заданного времени.

Системы оповещения (далее по тексту СО) должны обладать способностью к выживанию в условиях сильных возмущений различного характера, будь то случайные техногенные аварии, катастрофы, стихийные бедствия или преднамеренные воздействия, а также способностью к быстрому восстановлению своих основных функций при отказе отдельных элементов. Принимая во внимание многочисленные формулировки живучести сложных систем, и учитывая особенности организационно-технического построения и функционирования территориальных систем оповещения населения, живучесть систем оповещения можно определить как свойство, характеризующее способность системы эффективно функционировать при получении повреждений (разрушений) вызванных действиями природных катаклизм, аварийных ситуаций, средств поражения противника, а также в результате неквалифицированного действия обслуживающего персонала, или восстанавливать данную способность в течение заданного времени [6].

Также, устойчивое функционирование системы оповещения может рассматриваться в двух аспектах: в нормальных эксплуатационных условиях, где основными критериями функционирования системы являются надежность; в условиях случайных воздействий на систему неблагоприятных поражающих факторов, где главным показателем работоспособности выступает живучесть или свойство системы сохранять или быстро восстанавливать свои основные функции, хотя бы в ограниченном объеме.

Определим общность и различия для двух категорий устойчивости. Понятия – живучесть и надежность – являются основными свойствами и связаны с обеспечением сохранения работоспособности системы во времени. В этом и заключается общность двух категорий устойчивости. Отличия их находятся в условиях воздействия на систему дестабилизирующих факторов. Надежность связана с внутренними факторами нестабильности: поломками, отказами, износами и др. Живучесть, наоборот, проявляется в условиях воздействия на систему внешних факторов, вызванных различными причинами, которые условно подразделяются на два класса: стихийные и преднамеренные. К стихийным или аварийным относятся: взрывы, пожары, землетрясения, катастрофические разливы рек, лавины, оползни и т.п. К преднамеренным относятся воздействия противника в условиях войны, диверсионные действия, действия террористических групп и др.

Системы оповещения по своему структурному построению во многом схожи с системами связи, и имеют общие элементы, такие как пункты, узлы и линии связи. Учитывая данную взаимосвязь и аналогию организационно-технического построения систем оповещения и систем связи, можно принять во внимание анализ свойств надежности и живучести, сделанный Дудником Б.Я. для систем связи [7]. Различия в причинах нарушения связи обусловливают существенные отличия в их проявлении, характере и масштабности нарушений связи, их продолжительности, путях и способах их устранения и повышения устойчивости системы. Если поток случайных отказов техники приводит к нарушению лишь отдельных связей и обладает свойством ординарности (малая вероятность одновременного отказа нескольких связей), то нарушения работы системы указанными выше факторами живучести обладают существенно иными свойствами. Особенно это характерно для преднамеренного поражения системы, когда одновременно может выводиться из строя значительная часть или даже вся система связи. Нарушения работы отдельных связей из-за случайных отказов или ошибок обслуживающего персонала обычно кратковременны, так как они в большинстве случаев быстро устраняются, что же касается нарушений связи из-за разрушения отдельных ее элементов – узлов, линий, то они несравненно более продолжительны. Если первые исчисляются обычно минутами или часами, то вторые – часами и сутками, поскольку это связано с большим объемом восстановительных работ.

В силу небольших перерывов связи из-за случайных отказов многие даже весьма важные связи могут обходиться без резервирования. С учетом же аспекта живучести без резерва не обойтись, так как обслуживаемые процессы управления, как правило, не допускают столь длительного отсутствия связи.

Случайные отказы характерны для отдельных устройств, линий или каналов связи. При этом отказ одного аппарата на узле связи обычно не вызывает отказов других комплектов аппаратуры, а тем более целого элемента или всего узла связи. Исключение составляют общие коммутаторы и агрегаты электропитания. Поэтому при расчете надежности системы или сети связи отказы ее структурных элементов, не имеющих общих устройств, считаются взаимонезависимыми.

В теории живучести сложных систем введено понятие «поражающий фактор» – определенный вид внешнего воздействия, параметры которого превышают значения, на которые рассчитан элемент системы при его проектировании. Совокупность же внешних воздействий, не попадающих под определение поражающего фактора, составляют нормальные (расчетные) условия эксплуатации элементов системы.

Поражающие факторы могут выводить из строя одновременно несколько элементов узла и даже системы. Так, если воздействию подвергается узел связи, то могут оставаться непораженными лишь его резервные пункты и станции. Поскольку аппаратура систем передачи обычно размещается в составе узла связи, при поражении узла с большой вероятностью выходят из строя и подходящие к нему кабельные линии связи. Соответственно могут быть нарушены все связи, осуществляемые данным узлом.

Системы, имеющие резервные пункты и линии связи, обладают некоторой степенью избыточности или ресурсом. Пусть качество системы характеризуется вектором параметров К = (к₁,к₂,...,к_м), значения которых изменяются под воздействием среды. Значения параметров вектора К носят случайный характер, и прогнозируются на уровне вероятностных моделей. Пусть К_н – вектор параметров системы, характеризующий ее состояние, отвечающее требованиям нормативно-технической документации. Для избыточных систем характерно К>К_н, что обеспечивается различными видами избыточностей. Для неизбыточных систем, очевидно, К=К_н. В том случае, когда по каким-либо причинам изменяются параметры качества системы, то К<К_н, и система деградирует, т.е. теряет качество (работоспособность).

Подход к формализации состояний систем в теории живучести существенно отличается от принятого в теории надежности. Требование к работоспособности, принятое в исследованиях систем на надежность, слишком жесткое для оценок свойства живучести. Легко допустить, что система, утратившая работоспособность, т.е. соответствие по всем параметрам требований нормативно-технической документации, могут располагать остаточными возможностями, то есть ресурсами для функционирования. Следовательно, на множестве отказовых, с точки зрения надежности, состояний системы могут быть выделены состояния, допускающие решение системой поставленной задачи с некоторой заданной эффективностью. Назовем эти состояния состояниями способности [5]. Такой подход дает возможность рассматривать системы в двух состояниях – способности и неспособности.

В том случае, когда требование сохранения системой работоспособного состояния снимается полностью или заменяется требованием сохранения состояния способности, возникает необходимость в решении исследовательских задач при условии накопления отказов элементов. Свойство систем сохранять состояние способности при отказах элементов называют отказоустойчивостью. Физический смысл свойства отказоустойчивости близок к свойству живучести систем. Отличие заключается в том, что последнее оценивается в условиях нерасчетных внешних воздействий, приводящих к отказам элементов вследствие их повреждения. Итак, при воздействии поражающих факторов часть элементов системы неизбежно получат повреждения. Возникает вопрос – сохранит ли система состояние способности решить поставленную задачу? На этот вопрос дает ответ теория живучести, в основе которой лежит определение данного свойства.

Таким образом, сравнительный анализ понятий говорит о том, что надежность и живучесть являются характеристиками работоспособного состояния системы во времени. Вместе с тем данные понятия отличаются характером и причинами отказов, вызванных в системе, а также возможными объемами и сроками восстановительных работ.

Существенной проблемой исследований живучести систем является их вынужденная априорность [5]. Нерасчетные условия эксплуатации СО, возникающие в аварийных ситуациях, крайне редки и их опыт может быть распространен весьма ограниченно. Тем не менее, проведение специальных испытаний или просто невозможно, или крайне дорого. В этом случае достоверность оценок и доверие к результатам исследований могут обеспечиваться качеством моделирования и совершенством методов анализа и синтеза свойства живучести СО.

При исследовании живучести систем оповещения населения невольно напрашивается вопрос: сохранит ли СО свойство живучести при воздействии на нее конкретного вида поражающего фактора чрезвычайной ситуации и определенной интенсивности воздействия? Или при действии каких видов поражающих факторов и какой интенсивности воздействия будет гарантировано обеспечена живучесть системы оповещения? Ответ на данные вопросы могут быть получены при решении задачи в следующей постановке: Оценка живучести системы оповещения путем определения возможного остаточного ресурса после воздействия на систему конкретного вида поражающего фактора чрезвычайной ситуации. В данной постановке задача оценки живучести СО не может быть решена в общем виде, поскольку для этого должны быть учтены по крайней мере, два основных фактора: во-первых, для каждого вида поражающего фактора требуется разработка индивидуальной модели его воздействия на систему оповещения, т.е. задача должна быть дифференцирована по виду поражающего фактора; во-вторых, постановка задачи должна быть сформулирована для конкретной системы оповещения, с учетом особенностей организационно-технического построения и характера функционирования, поскольку эти особенности влияют на разработку модели поведения системы оповещения при воздействии поражающего фактора.

Таки образом, в данной работе рассмотрены понятия устойчивости и живучести для систем оповещения населения, общность и различие показателя живучести с надежностью, возможности достижения показателя избыточности систем, а также некоторые проблемы проведения расчета живучести систем оповещения

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Надежность и эффективность в технике. – М: Машиностроение, 1986. Т. 3: Эффективность технических систем. /Под общ. ред. В.Ф. Уткина, Ю.В. Крючкова. 1988. – 328 с.: ил.;

2. ГОСТ В 23609 – 86. – Связь военная. Термины и определения.;

3. Словарь по кибернетике. Под ред. Глушкова В.М., Киев, 1979. – 624 с.;

4. Флейшман Б.C. О живучести сложных систем. // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. № 5., 1966. – С.14-23;

5. Стекольников Ю.И. Живучесть систем. – СПб.: Политехника, 2002. – 155 с.; ил.;

6. Абдыкалыков А.Т. Оценка живучести территориальных систем оповещения гражданской обороны. – Новогорск – 2004 – С. 9-34;

7. Дудник Б.Я., Овчаренко В.Ф., Орлов В.К. и др. Надежность и живучесть систем связи. – М.: Радио и связь, 1984. – 216 с., ил.;