Понятие системного подхода

ПОНЯТИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА Основным здесь является понятие “система”. Система (system) — это способ мышления, при котором выделенный субъектом из окружающего мира объект представляется как совокупность: а) либо связанных между собой его частей - элементов, образующих некоторую целостность (система I); б) либо процессов и взаимодействующего с ними материала объекта (система II). Другими словами, выделенный объект в первом варианте (а) мысленно разделяется на части, которые изучаются в их взаимосвязи, а затем снова объединяются в целое, что и обеспечивает движение от незнания к знанию о свойствах объекта. Естественно, что деление объекта на части многовариантной, что и отражает многообразие свойств объекта, и определяется целями (задачами) рассмотрения, изучения объекта. Во втором варианте (б) объект подразделяется на процессы и материал. Изучаются процессы, которые структурируются, а затем накладываются на материал. Структуры как бы отпечатываются на материале, формируют его. В итоге материал превращается в определенную организованность. Здесь процесс является первой, исходной категорией системы, первым слоем системного представления объекта. В этом слое процесс предстает независимо от материала, на котором он может реализовываться. Процессы и процессуальная система должны быть отделены от материала, чтобы можно было выявить и фиксировать законы и механизмы этих процессов. Но если процессы уже отделены от материала и противопоставлены ему, то чтобы получить достаточно полное описание объекта, нужно опять собрать, соединить их вместе, наложить процессы на материал. После выполнения этой системной процедуры мы обладаем уже новыми знаниями об объекте. Понимание системы еще зависит от занимаемой позиции субъекта - исследователя или конструктора. С позиции первого система - совокупность элементов, связи и структура организации которых обусловливает свойства системы. С позиции второго (конструктора) система - совокупность элементов и связей между ними, предназначенная для выполнения заданных функций и достижения поставленных целей. Последние определения были сделаны при трактовке объекта как системы I. Аналогично можно дать определения при представлении объекта как системы П. Объект (object) - некоторая целостность, отделенная от всего остального, воспринимаемого наблюдателем. Из этого следует, что объект зависит от субъекта в том смысле, что каждый субъект может провести границу объекта, отделяя его от всего остального по-своему, отличным способом от других субъектов, хотя все они могут называть эти объекты одинаковыми именами. Часто этот факт становится источником бесполезных споров, когда обсуждаются свойства какого-то называемого одинаковым именем объекта, а по существу каждый из спорящих имеет в виду свой объект, отличающийся от объектов других. Среда (sphere) - все наблюдаемое, находящееся вне объекта, или совокупность всех систем, кроме системы, представляющей рассматриваемый объект; или система, объемлющая рассматриваемую. Элемент (element) - неделимая при данном рассмотрении объекта часть системы, взаимосвязанная с другими частями объекта и среды. В других задачах элемент может, в свою очередь, рассматриваться как система. Связь (tie) - сложное понятие, в общем случае отражает присущее материи коренное качество, заключающееся в том, что все предметы, явления объективной действительности находятся в бесконечно многообразной зависимости и в многоразличных отношениях друг к другу. Применительно к более конкретным задачам под связью будем понимать некоторый канал между элементами, объектами, по которому передаются вещество, энергия, информация в любом необходимом их сочетании. Отношение (relation) - не менее сложное понятие, чем связь. В нашем контексте характеризует некоторую потенциальную возможность между объектами, субъектами. Наличие отношения является необходимым (но недостаточным) условием появления связи. Например, потенциал одного полюса электрогенератора больше (выше) потенциала другого его полюса (здесь “больше”, “выше” характеризуют отношение между полюсами). Если же соединить эти два полюса проводом, то по нему потечет ток (энергия) - будет образована связь. Или, например, брат и сестра находятся в родственных отношениях, но могут не иметь каких-либо связей (не обмениваться письмами, телефонными звонками - информацией, не посылать друг другу подарки - вещество и т.д.). Структура (structure) - схема связей элементов в системе, схема, способ представления процессов объекта. Иногда ошибочно или по незнанию отождествляют понятие “структура” с понятием “система” или даже с понятием “объект”. Вход (input) - изменение среды, которому как следствие может быть поставлено в соответствие некоторое изменение состояния (поведения) объекта. Выход (output) - изменение среды, которому может быть поставлено в соответствие как причина некоторое изменение состояния (поведения) объекта. “Вход” и “выход”, отражающие взаимосвязанность изменений в объекте и среде, в рамках системного подхода реализуются соответственно через “входные” и “выходные” связи. Как видно, разделение внешних связей объекта со средой на входные и выходные осуществляется по признаку причинности. При этом круг замыкается: изменения в среде происходят из-за изменения объекта через выходную связь объекта со средой, а изменения в объекте - из-за изменения в среде через входную связь объекта. Для размыкания в определенном смысле этого круга подразделим поведение объекта (а в общем случае и среды) на активное и пассивное. При этом под активным поведением объекта будем понимать такое изменение состояния, которому не может быть на некотором интервале времени поставлен в соответствие предшествующий вход, истолковываемый как причина рассматриваемого состояния. Пассивное поведение объекта - такое его поведение, которое не может быть истолковано как активное. Заметим, что одно и то же поведение объекта может быть идентифицировано и как активное и как пассивное в зависимости от длительности предшествующего интервала времени, а также один и тот же объект может иметь активное поведение на одном интервале времени и пассивное — на другом. Свойство (property) - сторона предмета, обусловливающая его различие или сходство с другими предметами и проявляющаяся во взаимодействии с ними. Функция (function) - прежде всего, представляет собой реализованное, использованное свойство объекта в среде, элемента - во взаимодействии с другими элементами системы и средой. Например, построенная линия электропередачи обладает свойством передавать электроэнергию, но, только будучи подключенной, к действующей электрической сети, она выполняет функцию передачи энергии. Функция представляет собой выходное воздействие объекта на среду в зависимости от входного воздействия на объект. Зависимость выхода объекта Y от входа объекта X называют функциональным описанием объекта Y = Y(X). Очевидно, что такое описание может быть только у пассивного объекта. Если у объекта появилась функция, значит, он был использован или специально создан с какой-то целью. Цель (goal) - то, что представляется в сознании и ожидается в результате определенным способом направленных действий. Другими словами, цель - это образ, модель желаемого и достижимого состояния, к которому объект намерен двигаться. Из этого определения следует, что цель существует только у человека (имеющего сознание). При этом возникает другой вопрос - “желаемого и достижимого состояния” чего или кого. Строго говоря, конечно, имеется в виду состояние человека, даже если для этого достаточно, чтобы какой-то объект принял определенное состояние. Достижение этого состояния объекта является не целью, а лишь задачей, решение которой обеспечивает желаемое состояние человека. Замещение цели задачами может приводить к серьезным ошибкам. Например, часто приходится встречать выражение “цель предприятия”. Под таким термином могут скрываться и цели собственника, акционеров предприятия, и цели топ - менеджмента предприятия, и цели отдельных работников предприятия и т.д. В определении цели имеется выражение “в результате определенным образом направленных действий”. Это означает, что продуманы и отобраны средства, используя которые, субъект движется к этой цели. При этом движении к ней ему приходится решать, и он решает необходимые задачи. Задача (task) - необходимость получения из исходного материала результата при заданном наборе доступных к использованию средств. Человек, двигаясь к цели, ставит и решает определенные задачи. Если же на этом пути обнаруживается, что какие-либо задачи не решаются из-за недостатка средств, то возникает проблема. Проблема, проблемная ситуация (problem) - задача, для решения которой недостает необходимых средств. Если выявляется, каких не хватает средств, для решения задачи, то проблема переходит в разряд сформулированной проблемы. Из сказанного следует, что суть сформулированной проблемы существенно зависит от того, как она ставится, может появиться или не появиться. Процесс согласования желания с выбором необходимых для его осуществления средств называют целеполаганием. С другой стороны, в процессе согласования может оказаться дефицит средств, для достижения желаемого, что потребует корректировки желания или поиска новых средств. Этот процесс называют проблематизацией. Вся эта процедура показана на рис. 1.1. Теперь вернемся к объектам с активным поведением, которое, в свою очередь, можно классифицировать следующим образом: целенаправленное и нецеленаправленное. Целенаправленное поведение - такое, при котором наблюдатель допускает истолкование действия или поведение объекта как направленное на достижение некоторой цели, целевого состояния, т.е. конечного состояния объекта, когда он вступает в определенную связь в пространстве или во времени с другими объектами. Нецеленаправленное (или случайное) поведение - поведение объекта, которое нельзя истолковывать как целенаправленное. При этом, конечно, надо иметь в виду относительность последних понятий: один наблюдатель может истолковать поведение объекта как целенаправленное, другой может этого не усмотреть. У объекта с целенаправленным поведением выход определяется не только входом, как у пассивного объекта, но также и целью субъекта. Таким образом, объект с целенаправленным поведением предполагает наличие в нем субъекта с целью Ц (рис. 1.2,а) и Y= Y (X, Ц). Следовательно, здесь субъект осуществляет такое воздействие на среду Y, которое обеспечивает вход X, необходимый для достижения объектом целевого состояния. Если субъекта вывести за границу объекта (сделать последний пассивным), то схематично это можно представить так, как показано на рис. 1.2,б. Такой объект становится средством достижения цели. После введения перечисленных выше понятий можно подойти к рассмотрению самого “системного подхода”. Системный подход (system approach) - средство организации мышления, которое исходит из того, что: мир системен; любой выделяемый объект является, с одной стороны, элементом этой системы, а с другой - сам может быть представлен как система; поэтому дальнейшее рассмотрение должно идти по двум направлениям - внешнему и внутреннему; объект, рассматриваемый во внешней среде, связан с ней, и через эти связи проявляются его свойства или выполняются определенные функции; объект, рассматриваемый изнутри, представляется системой, которая обусловливает его свойства или определяет выполняемые функции; при создании объекта (проектировании, конструировании его) ставится цель, (задача), определяются функции, которые должен выполнять создаваемый объект для достижения поставленной цели и строится модель этого объекта в виде системы, обеспечивающей выполнение этих функций; при исследовании заданного объекта строится его модель в виде системы, которая позволяет определить свойства объекта и понять его сущность. Схематично обе последние процедуры можно представить так, как это показано на рис. 1.3.   ПРОЦЕССЫ В ОБЪЕКТАХ С позиции надежности наиболее существенными процессами являются: функционирование и целенаправленное изменение объекта, взаимодействие со средой, старение (деградация материала), восстановительные и ремонтные воздействия. В результате наложения этих процессов друг на друга, их взаимодействия возникают определенные события, и объект принимает различные состояния, существенно влияющие на использование его человеком, т.е. на выполняемые им функции. Таковыми являются, прежде всего, события: “отказ” (failure) и “восстановление” (renewal) - и состояния: “работоспособные” (operable states) и “неработоспособные” (non-operable states).   РАБОТОСПОСОБНЫЕ И НЕРАБОТОСПОСОБНЫЕ СОСТОЯНИЯ Состояние любого объекта можно описать набором, множеством параметров х = {х1,х2, х3, х4, ..., хn}, которые могут принимать определенные значения и изменяться во времени – хi (t). Например, размер, вес, напряжение генератора, давление в котле, расход топлива турбогенератора, его экономичность, амортизированная величина стоимости оборудования и т.п. Надлежащее выполнение объектом своих функций возможно, при условии, что все описывающие его параметры принимают значения, находящиеся в определенной области. На рис. 1.4 в качестве примера показана область допустимых значений для двумерного случая. В общем случае эта область многомерная, а ее граница, которая может еще изменяться во времени, описывается уравнением Do(x,t) = 0.              (1.1) Если значения параметров объекта лежат в этой области, т.е. обеспечивается возможность выполнения им своих функций, то говорят, что объект находится в работоспособном состоянии. Работоспособное состояние также обозначается как работоспособность. Если же значения параметров оказываются за границей допустимой области, то говорят, что объект находится в неработоспособном состоянии. На рис. 1.5 показано изменение во времени одного из главных параметров электрического генератора - напряжения. Здесь же показана область допустимых значений этого параметра. Как видно, до момента t0, значение напряжения было в допустимой области. Генератор находился в работоспособном состоянии (конечно, если и другие существенные параметры имели допустимые значения). После момента t0 значение напряжения вышло за границу допустимых значений и генератор оказался в неработоспособном состоянии. Такое деление множества возможных значений параметров объекта на два подмножества является не единственным. В некоторых случаях это множество разделяется на несколько подмножеств, каждое из которых DK, характеризует частично работоспособное состояние (partial operable state) с определенной степенью работоспособности или каким-то качеством. Другими словами, объект может выполнять свои функции не полностью, а частично. Так, например, на рис. 1.5 штрихпунктиром показана граница допустимой работы генератора, но с пониженным качеством (обычно на ограниченном интервале времени). При снижении напряжения ниже этой границы происходит полное его отключение. Находясь в работоспособном состоянии, объект может выполнять свои функции, т.е. находиться в рабочем состоянии (on-line state). Если же он, находясь в работоспособном состоянии, не выполняет по тем или иным причинам заданные функции, то говорят, что объект в нерабочем состоянии (off-line state). Рабочее состояние объекта также может быть полным и частичным. Полное - выполняются все заданные функции в заданном объеме, частичное - часть функций выполняется в полном или частичном объеме, или выполняются все функции, но при этом хотя бы одна из них в частичном объеме. В зависимости от того, какого вида функции выполняет работоспособный объект, различают еще резервное состояние (redundant state), которое, в свою очередь, подразделяют на состояние нагруженного резерва (или еще говорят состояние включенного резерва - (on-line parallel redundant state) и состояние ненагруженного резерва, или состояние не включенного резерва (standby redundant state). На производственном жаргоне последние два состояния иногда обозначают как состояния в “горячем” и “холодном” резервах. Неработоспособное состояние также может быть классифицировано на состояние предупредительного ремонта (preventive maintenance state) - состояние, когда ведутся работы по выявлению, предупреждению и устранению его неисправностей, которые могут привести к отказу объекта; состояние аварийного ремонта (emergency maintenance state) - состояние, когда ведутся работы по восстановлению его работоспособности, нарушенной в результате отказа. К неработоспособному состоянию следует отнести и так называемое предельное состояние (limit tolerance state), при котором дальнейшая эксплуатация объекта должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, или неустранимого ухода заданных параметров и характеристик за установленные пределы, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или необходимости проведения капитальных ремонтов.   ОТКАЗ Событие, заключавшееся в том, что объект перешел границу допустимой области значений его параметров из работоспособного состояния в неработоспособное, квалифицируют как отказ. Естественно, что при этом происходит утрата способности объекта выполнять свои функции. На рис. 1.4 и 1.5 показаны траектории изменения значений параметров объектов. В точках “о” происходит “выход” их значений из допустимой области - отказ. Отказы также могут классифицироваться: на полные (complete failure) и частичные (partial failure) – по степени нарушения работоспособности; внезапные (catastrophic failure) и постепенные (degradation failure) - по скорости протекания процессов, изменения значений параметров; независимые (independent failure) и зависимые (dependent failure) - зависящие от отказов других объектов; устойчивые и сбои (самоустраняющиеся отказы, приводящие к кратковременному нарушению работоспособности). У объектов, функционирующих не постоянно во времени, а по требованию, отказы могут быть следующих видов: отказ срабатывания на требование (missing operation); ложное срабатывание (mal operation), заключающееся в срабатывании объекта при отсутствии требований; излишнее срабатывание (unnecessary operation), заключающееся в срабатывании объекта при требовании срабатывания других элементов. Примерами таких объектов могут служить различные системы релейной защиты, противоаварийной автоматики, в определенной мере - выключатели и т.п. Представляется важным проанализировать причины отказов. Причины отказов могут быть внешними и внутренними. В общем случае это подразделение условно и зависит от того, где проведена граница объекта, что будет пояснено несколько ниже. Отказы, обусловливаемые внешними причинами, в свою очередь, можно подразделить на две группы. Первую группу составляют ошибки, допущенные при конструировании, определении условий и режимов эксплуатации, изготовлении, монтаже или ремонтах оборудования. Эти ошибки, скрытые дефекты обычно проявляются в ранний период эксплуатации, вызывая отказы так называемого инфантильного, или “детского”, периода. Обычно этот период называется периодом приработки. Для него в результате указанных ошибок, а также невозможности учета всех скрытых дефектов из-за их неопределенности (или недостаточности информации) характерен некоторый пик частоты отказов. Например, из практики известно, что такое оборудование, как трансформаторы осваиваемого нового класса напряжения, новые генераторные блоки и другое имеет в начальный период эксплуатации относительно высокую повреждаемость. Вторая группа причин вызвана износом и приводит к постепенному утрачиванию объектом ряда функциональных свойств. Этот процесс закономерен в том отношении, что с увеличением времени жизни, т.е. работы или даже хранения, опасность утраты этих свойств возрастает. Однако результат закономерных в указанном смысле постепенных изменений проявляется внезапно. Таким образом, процесс износа происходит под влиянием постоянно действующих факторов, имеющих и случайный, и детерминированный характер. Однако естественное завершение процесса износа имеет случайный характер. Этот период называется периодом старения. К отказам с внутренними причинами могут быть также отнесены те, которые вызваны ошибочными или вынужденными действиями обслуживающего персонала, если он включен в состав рассматриваемого объекта, находится внутри его границы. В противном случае они будут отнесены к отказам с внешними причинами. Но независимо от способа их отнесения последние также могут быть подразделены на две группы. Первую группу составляют причины, обусловленные невысокой квалификацией эксплуатационного и ремонтного персонала, недостаточной их натренированностью. Вторую группу - обусловленные громоздкостью и сложностью устройств и схем, с которыми эксплуатационному персоналу приходится работать. Например, большое число разъединителей и выключателей и другой сложно связанной коммутационной аппаратуры на подстанциях повышает вероятность неправильных переключений, способных привести к ложным отключениям и включениям на короткозамкнутые цепи и т.п. Причины отказов внешнего происхождения также можно подразделить на две группы. К первой отнесем воздействия, поступающие из среды, по своей силе превышающие те, на которые рассчитан объект, так называемые нерасчетные возмущения, и которые приводят к повреждению объекта. Это обычно редкие и плохо предсказуемые воздействия, как правило, физического характера, не связанные с периодом предшествующей работы. Эти внезапные по своей природе воздействия даже при отсутствии у объекта видимых ухудшений функциональных свойств приводят к отказам, которые обычно имеют мгновенный характер. В энергетике в качестве примера причин этой группы можно привести такие, как грозы, автомобильные катастрофы, падение деревьев или попадание животных на электроустановки, нерасчетные порывы ветра и т.д. Эта группа причин приводит к необратимым изменениям свойств объекта. Ко второй причине можно отнести возмущения, приводящие к изменению значений режимных параметров объекта, в результате чего они выходят из допустимых границ. Однако самого повреждения объекта не происходит. Обычно после снятия такого возмущения значения параметров объекта входят в допустимые границы и он продолжает выполнять свои функции. Такие отказы иногда называют сбоями или неустойчивыми. Например, нерасчетный наброс электрической нагрузки на энергосистему, приводящий к снижению частоты ниже допустимой границы, или быстрое нарастание нагрузки даже в допустимых границах, но со скоростью, превышающей скорость набора нагрузки генерирующим оборудованием, или нарушение устойчивости параллельной работы генераторов системы и т.п. Аналогичные ситуации возникают и в механических системах. Например, стержень, работающий на сжатие при определенной сжимающей нагрузке также теряет устойчивость (изгибается) и значения его параметров выходят за допустимые пределы, хотя повреждения самого стержня не происходит. Таким образом, в результате внешних или внутренних воздействий определенный тип объектов может либо отказывать из-за физического повреждения их материала, либо терять устойчивость (отказывать) без повреждения. По характеру причин отказов все они в итоге приводят, как правило, к случайности или неопределенности момента наступления отказа, за исключением тех случаев, когда из-за старения производят преднамеренное отключение объекта заранее, не дожидаясь его естественного отказа. Это происходит тогда, когда объект достигает так называемого предельного состояния. Обычно отказы, связанные с достижением предельных состояний, являются постепенными, позволяющими заблаговременно предсказать момент перехода границы области допустимых значений параметров, что и снимает случайность в определении момента наступления этого вида отказа. В итоге возможность наступления отказов объекта во многом зависит от условий, в которых он находится. С этих позиций сами условия также могут быть подразделены как минимум на два множества: обычные или ординарные и необычные или неординарные, особые. В энергетике отказы еще подразделяются по степени потери работоспособности объекта и глубине негативных последствий: на аварии; отказы 1-й степени; отказы 2-й степени. Так в инструкции по расследованию и учету аварий в работе электростанций к авариям энергоблоков отнесены повреждения его оборудования, требующие восстановительного ремонта в течение 7 суток и более или вызвавшие недоотпуск электроэнергии в размере 20 тыс. кВт•ч и более, а также пожары, приведшие к простою основного оборудования на срок 2 суток и более. Кроме того, к авариям отнесены нарушения нормальной работы электростанций, вызвавшие снижение электрической нагрузки на 50 % и более от заданной диспетчерским графиком продолжительностью более 1 часа. К авариям относятся также события, связанные с пожарами, взрывами на энергетических котлах, сопровождающими обрушениями строительных конструкций зданий котельного отделения, недопустимой деформацией несущих элементов каркаса, барабанов, главных паровых и питательных трубопроводов, повреждением ротора генератора, разрывом главного паропровода и др. В электрических сетях отказы мощных трансформаторов, связанные со сложными внутренними повреждениями, требующие проведения ремонтных работ в большом объеме, а также полные разрушения трансформаторов мощностью 10000 кВА и более также квалифицируются как аварии. Отказы 1-й степени - технологические, характеризуются вынужденными отключениями или ограничениями работоспособности оборудования, повреждением зданий и сооружений, приводящим к нарушению технологии и передачи энергии потребителям или в систему. В электрических сетях отказы 1-й степени связаны с повреждениями трансформаторов, требующими восстановительного ремонта небольшого объема и в сроки менее 7 суток, а также с повреждениями трансформаторов мощностью от 16000 до 125000 кВА. К отказам 2-й степени относятся те, которые не влияют на технологический процесс производства и передачи энергии, количество и качество отпускаемой энергии. Эта группа часто инициируется неправильными действиями системы защиты и автоматики, ошибками эксплуатационного персонала, а также рядом других причин. В электрических сетях - повреждения трансформаторов мощностью менее 16000 кВА, а также неисправности вспомогательного оборудования, требующие вывода трансформатора из работы и др.   ВОССТАНОВЛЕНИЕ После отказа в результате организуемых и протекающих в объекте процессов в общем случае может наступить событие, когда все значения параметров, характеризующие его состояние, снова окажутся в допустимой с позиции дальнейшего функционирования области. Говорят, произошло восстановление, которое возможно как за счет определенных управляющих воздействий, так и за счет выполнения ремонтов поврежденного оборудования. Если восстановление объекта по тем или иным причинам не происходит, то говорят, что объект невосстанавливаемый. Восстановление также может быть полным и частичным. На рис. 1.4 и 1.5 события “восстановление” показаны в точках “в”, как ввод значений параметров объекта в допустимую область.   ПОТОКИ ОТКАЗОВ И ВОССТАНОВЛЕНИЙ В итоге функционирование восстанавливаемого объекта может быть представлено потоком отказов и восстановлений (рис. 1.6). При этом поток может быть разложен на потоки полных отказов, частичных (с разной степенью работоспособности), на потоки с полным или частичным восстановлением и т.п. Из этого общего потока можно выделить также только поток отказов, исключив при этом на оси времени все интервалы восстановлений (или неработоспособного состояния). Тогда на этой оси будет откладываться чистое время работоспособного состояния объекта за данное время t, которое называют наработкой tH(t) (operation time). Аналогично можно из общего потока выделить только поток восстановлений. В итоге поле понятий, описывающих надежностные процессы в объекте, может быть структурировано так, как это показано на рис. 1.7. Обычно возникает вопрос, в каких координатах следует строить зависимость (1.1) и графики областей допустимых значений параметров объекта (см. рис. 1.4). Строго - во “входных” х (на рис. 1.4 –х1,) и “выходных” y (на рис. 1.4 - х2) параметрах объекта. В качестве выходных могут фигурировать и различные диагностируемые параметры системы. Практически эти области отражают допустимые отклонения значений входных параметров объекта при заданных и допустимых отклонениях значений выходных параметров. Иногда область описывается только выходными параметрами объекта, как, например, это показано на рис. 1.5. Строго говоря, если мы определяем работоспособность энергосистемы, то причиной выхода напряжения и частоты за допустимые пределы отклонения может быть много факторов, относящихся к входным, например, прекращение подачи топлива на электростанции. Здесь энергосистема работоспособна, неработоспособной оказалась система топливообеспечения энергосистемы. Такая трактовка вполне закономерна, если подходить к энергосистеме с чисто технических позиций. Но если подойти к ней и как к хозяйственной системе, включая и ее менеджмент, т.е. как к социотехнической системе, то, очевидно, недоставка топлива на электростанции энергосистемы будет “отказом” ее менеджмента. Но тогда, строго говоря, эта область должна строиться не только в выходных параметрах, но в параметрах договора с “пользователями” объекта, например, в параметрах, оговоренных в договорах с потребителями энергии энергосистемы. НАДЕЖНОСТЬ КАК КОМПЛЕКСНОЕ СВОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ Как уже отмечалось, термин “надежность” давно и широко применяется человеком, однако научное осмысление его как понятия началось сравнительно недавно, несколько десятилетий тому назад. Связано это с появлением потребности создания не просто машин, техники, а создания эффективной техники. С этих позиций выделенный выше существенный процесс в объектах - поток отказов и восстановлений - оказывается недостаточным. Возникла необходимость связать этот процесс с эффективностью работы объекта. Для этого и потребовалось введение современного понятия “надежность” как элемента более общего понятия - “эффективность”. Назначением его стало: связать выделенный поток отказов и восстановлений с выполняемыми функциями объекта с позиции существенности этой связки для эффективности использования объекта. В итоге сегодня: Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях эксплуатации. В этой формулировке схвачена главная суть понятия “надежность”. Во-первых, - это свойство объекта, во-вторых, о надежности можно говорить, если определены или оговорены: 1) функции объекта, 2) объем выполнения этих функций и 3) условия, в которых находится объект. Отсутствие хотя бы одного из этих условий делает неопределенными суждения и какие-либо отношения в области надежности. Так, например, если руководство электростанции заключило договор с руководством шахты о поставке угля, то это лишь обозначение функции - поставка угля. Она может осуществляться в любом размере, и это будет выполнение заданной функции. Поэтому при поставке меньше необходимого количества (в том числе и нулевого) претензий по ненадежности в данном случае не может быть. Для их появления в договоре необходимо оговорить объем поставляемого угля, график его поступления и т.д. Но и этого недостаточно для предъявления требований по надежности. Если не указаны условия поставки угля, например, форма и сроки оплаты, отсутствие забастовок шахтеров, отсутствие “рельсовой войны”, то и здесь нет возможности предъявить претензии по надежности. Поскольку все эти и другие факторы имеют особую важность для взаимоотношения людей и организаций, разрабатываются терминологические справочники, а государство даже установило специальные стандарты по терминологии. В частности, в ГОСТе надежность определяется, как “Свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования”. Как видно, сформулированное выше определение надежности не противоречит приведенному. Последнее лишь несколько конкретизирует первое. Изложенное показывает, что: а) хотя надежность является внутренним свойством объекта, заложенным при его проектировании, изготовлении, она по-разному проявляется при различных внешних условиях, условиях эксплуатации. Нельзя оценить надежность объекта, не уточнив этих условий; б) надежность проявляется в процессе выполнения заданного объема определенных функций, во времени. Если нет наблюдения за объектом, то нельзя сделать и заключений о фактической его надежности. Такое понимание надежности показывает, что она является достаточно сложным свойством, которое можно представить в виде системы более простых свойств. Это необходимо и для более конструктивного его изучения, и для обеспечения надежности при создании тех или иных систем. Надежность как сложное свойство представляется состоящим из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Методически важно не только перечислить и определить отдельные подсвойства надежности, но и структурировать их, установив определенные отношения и связи между ними. Кроме того, термины и определения ГОСТа относятся к чисто техническим объектам, а ранее использовался даже термин не объект, а “изделие”. При решении многих задач в энергетике приходится иметь дело не только с техническими изделиями и объектами, а с более сложными человеко-машинными объектами, системами, обладающими гораздо большим разнообразием существенных свойств, чем просто изделие и даже технический объект. Тем не менее, даже при увеличенном составе рассматриваемых свойств (чем это имеет место в ГОСТе) далее будет использоваться термин “объект”, лишь иногда расширяющийся до термина “система”.   СТРУКТУРИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ Структуризацию сложного свойства надежности можно провести на основе классификации отдельных более простых свойств. В качестве такой основы целесообразно выбрать надежностные процессы в объектах и условия их функционирования. Рассмотрим сначала классификацию по процессам. Из рис. 1.6 видно, что общий процесс функционирования объекта характеризуется двумя существенными чередующимися периодами: работоспособным и неработоспособным (периодом восстановления работоспособности). В связи с этим выделим два более простых свойства надежности первого уровня: безотказность и восстанавливаемость. Безотказность (failure-free operation) - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или заданной наработки. Восстанавливаемость (renewal ability) - свойство объекта быть приспособленным к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и их устранения. В соответствии с рассмотренной выше классификацией отказов и восстановлений эти два свойства можно, в свою очередь, представить еще более простыми. Если все отказы подразделить на те, которые обусловлены физическими повреждениями оборудования; на отказы, которые связаны со сбоями, нарушениями устойчивости, и на отказы, связанные с переходом объекта в предельное состояние, то свойство безотказности можно представить совокупностью трех: неповреждаемостью, устойчивоспособностью и долговечностью. Неповреждаемость (undemageability) - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность, не допуская его физического повреждения в течение заданного времени или заданной наработки. Устойчивоспособность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность (устойчивость к возмущениям) в течение заданного времени или заданной наработки до выхода значений параметров за допустимую область без повреждения объекта. Долговечность (longevity) - свойство объекта сохранять работоспособность в течение заданного времени или заданной наработки до наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания ремонта. Долговечность связана, как правило, с постепенными отказами, характеризующими достижение объектом предельного состояния. Неповреждаемость - с отказами, приводящими к повреждению объекта и необходимостью восстановительного ремонта (если он восстанавливаемый) или замены его (если он не восстанавливаемый). Устойчивоспособность - с отказами либо проходящего характера (сбои), либо ликвидируемых средствами управления. Аналогично и свойство “восстанавливаемость” можно представить, как минимум, двумя более простыми: ремонтопригодность и управляемость. Ремонтопригодность (maintain ability) - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения повреждений и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Управляемость (operate ability) - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению выхода значений параметров за допустимую область и возврату их в эту область средствами управления. Перейдем теперь к классификации свойств надежности по условиям функционирования объектов. Здесь весь спектр условий можно подразделить как минимум на три части: обычные, или ординарные условия, особые, или неординарные условия и специфические условия хранения, транспортирования объекта. Первые (обычные, или ординарные), условия определяются ежедневно, еженедельно, ежемесячно, ежегодно повторяющимися климатическими, техногенными и другими воздействиями, на объект, характерными режимами его загрузки. Вторые (особые, или неординарные) условия появляются значительно реже первых и обусловливаются ураганами, землетрясениями, военными действиями и другими катаклизмами, при которых на объект действуют значительные возмущения и на которые он, как правило, не рассчитывался. Третьи - специальные - условия хранения, транспортирования создают свою специфику для проявления свойств объекта. Обычно рассматриваемое свойство надежности в первых условиях называют ординарной надежностью или просто надежностью, во вторых условиях - живучестью (survival ability), в третьих - сохраняемостью (storage ability). Такое понимание живучести еще не является общепринятым. В терминологическом сборнике оно трактуется так: “свойство объекта противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей”. Там же в приложении отмечается, что имеется и другое толкование термина как свойства надежности, но не вообще, а в особых экстремальных условиях”. Такого понимания придерживаются многие специалисты в области надежности: И.А. Рябинин, Ю.Н. Руденко, И.А. Ушаков и др. Представляется, что выделение свойства живучести по признаку каскадности развития отказа не совсем логично, так как каскадность развития отказа характеризует работу системы управления объекта и поэтому этот признак больше относится к управляемости, чем к живучести. В связи с изложенным далее живучесть — это надежность в особых условиях. В таком определении сохраняемости уже заключено некоторое противоречие с исходным. По приведенному определению сохраняемость, с одной стороны, по существу включает все свойства надежности, но проявляемые в специфических условиях, является просто видом надежности. А с другой стороны, утверждается, что сохраняемость входит в надежность наряду с такими свойствами, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность. Видимо, для исключения этого противоречия в под сохраняемостью сформулировано свойство объекта непрерывно сохранять исправное или только работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования. Как видно, здесь сохраняемость характеризует по существу свойство безотказности, но в специфических условиях, и не претендует на ту всеобъемлемость, которая ему отведена в ГОСТе. Нам представляется, что более логично сохранить широкую трактовку ГОСТа, представляя сохраняемость как вид надежности объекта в специфических условиях, т.е. Сохраняемость - свойство объекта сохранять свои свойства безотказности и восстанавливаемости в течение и после хранения и(или)транспортирования. В итоге для достаточно абстрактного объекта структурированное поле свойств, связанных с понятием “надежность” и обслуживающих его, можно представить так, как это показано на рис. 1.8. Для реальных объектов, систем это поле конкретизируется и расширяется, включая в себя их специфические особенности. Рассмотрим эту специфику для энергетики. Во-первых, здесь возможно дополнительно подразделение свойства надежности по набору выполняемых энергетикой функций. Одна из главных функций энергетики - снабжение потребителей энергией. Обычно надежность выполнения этой функции обозначают как “бесперебойность энергоснабжения”. Кроме того, одним из существенных требований, предъявляемых сегодня к энергетике, является обеспечение ее безопасности. Это влечет необходимость введения такого свойства надежности, как “безопасность”. Не исключено, что у энергетики проявятся еще новые функции или дисфункции, что также потребует введения новых составляющих свойства надежности. Во-вторых, особенность отказов и восстановлений в энергетике также может потребовать выделения специфических свойств надежности. Например, в условиях изменчивости режимов выработки и передачи мощности появляются отказы, связанные с недостаточной маневренностью оборудования, и соответственно свойство - “маневренность”. Другой пример: однофазные, двухфазные, трехфазные повреждения в электрических сетях могут потребовать введения таких свойств, как “однофазная неповреждаемость” и т.д. Наконец, у специалистов энергетиков можно иногда услышать и прочитать о “структурной надежности” и “режимной надежности”. По существу, первый термин обозначает надежность в условиях, когда объем функций не важен. Другими словами, здесь область допустимых значений параметров системы не содержит режимные, а содержит только структурные параметры. Режимная надежность наоборот - рассматривает надежность только в области режимных параметров, а значения структурных считаются заданными и неизменными. На рис. 1.9 приведена структура поля понятий, отражающих специфику надежности энергетики. При этом дополнительно: Бесперебойность (uninterrupted ability, fail-safety) - свойство надежности объекта энергетики относительно его функции энергоснабжения в заданном объеме. Безопасность (safety) - свойство объекта не допускать ситуации, опасных для людей и окружающей среды. Маневренность (maneuverability) - свойство объекта изменять значения своих режимных параметров в соответствии с заданной скоростью и в заданном диапазоне при определенных условиях его эксплуатации. Каждый элемент в этой структуре, в свою очередь, может быть также представлен системой понятий, детализирующих данный. И наоборот, из приведенных элементов можно компоновать более сложные (составные) свойства в рамках общего свойства надежности, как это на рис. 1.9 показано для структурной и режимной надежности. Так структурная надежность обусловливается неповреждаемостью, долговечностью и ремонтопригодностью, а режимная надежность - устойчивоспособностью, маневренностью и управляемостью. Исходя из этого, видимо, эти свойства можно определить следующим образом. Структурная надежность - свойство объекта сохранять свою структуру в рамках, обеспечивающих выполнение им заданных функций. Режимная надежность - свойство объекта сохранять работоспособность при определенном множестве режимов его использования в рамках заданной структуры. Здесь важно заметить, что это одна из возможных структуризации такого сложного понятия, как “надежность”.   2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ Любой объект и его свойства могут описываться различными системами показателей. Выбор системы является задачей, решение которой существенным образом зависит от характера объекта, его назначения, общих требований к процессу и результатам его функционирования, используемых критериев эффективности. Наряду с этим теория и практика решения самых разных задач для разнообразных объектов позволили выделить систему показателей надежности (reliability index), которая является достаточно общей и универсальной. Как правило, эти показатели - базовые, на основе которых далее можно формировать более конкретные показатели реальных объектов, систем. Ниже сначала рассматриваются показатели абстрактного объекта, которые далее дополняются показателями, наиболее характерными для энергетической системы. Подразделением надежности в предыдущей главе на более простые ее свойства с их иерархической увязкой, по сути, было положено начало измерению надежности в номинальных (классификационных) и ранговых шкалах. В настоящей главе мы продолжим решение задачи измерения надежности в более сильных шкалах. При этом методически удобно начать эти измерения с простых свойств, вводя те или иные показатели, а на их основе далее формировать показатели более сложных свойств надежности. На уровне абстрактных объектов, если исходить из феноменологического представления надежности в виде потока отказов и восстановлений, целесообразно начать рассмотрение измерений со свойств безотказности и восстанавливаемости. Обычно показатели этих свойств называют единичными. А показатели, построенные на основе этих единичных, - комплексными. Кроме того, определять показатели целесообразно в два этапа: на первом определяются условные, на втором - безусловные. На первом описываются интересующие нас состояния (работоспособные, неработоспособные) и события (отказы, восстановления) объекта в зависимости от его параметров, уровня выполняемых функций. Поэтому назовем их структурно-функциональными. На втором этапе эти условия связываются с некоторыми закономерностями их появления, например с вероятностями их наступления. Поскольку в настоящей книге рассматриваются именно эти закономерности, безусловные показатели будем называть вероятностными, хотя могут и имеются другие невероятностные закономерности появления событий (отказа, восстановления), например, при анализе живучести. Но эти вопросы еще сегодня недостаточно изучены. Кроме того, это свойство в значительной степени описывается уже на структурно-функциональном, условном уровне. БЕЗОТКАЗНОСТЬ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ(УСЛОВНЫЕ)ПОКАЗАТЕЛИ Выше отмечалось, что объект находится в работоспособном состоянии, если значения его параметров x(t) лежат внутри области допустимых значений, граница которой пусть описывается уравнением D (х) = 0. Для характеристики состояния объекта введем величину Z(t). В целях лучшего понимания дальнейшей сути рассмотрим сначала объект, имеющий два состояния. Пусть при нахождении объекта в работоспособном состоянии в момент t величина Z(t) принимает значение 1, а при нахождении объекта не в работоспособном состоянии 0, т.е Кроме того, объект может находиться в том или ином состоянии на протяжении некоторого интервала времени (t1, t2), т.е. или и др. Таким образом, показателем безотказности будет условие Условия (2.1) -(2.4) определяются обычно при проектировании и изготовлении объекта. Они выражаются в виде различных требований: внешних (климатических и т.п.), режима использования, хранения, транспортировки, периодичности объема ремонтов и т.п. При выполнении всех этих требований гарантируется обеспечение (2.1)-(2.4). В общем случае объекты могут иметь несколько (v) различных уровней качества функционирования, v уровней работоспособности. Величина Z будет принимать v значений. Значение Z = 0 - состояние полного отказа, остальные состояния обычно нумеруются так, что большему значению Z соответствуют более высокое качество функционирования, более высокий уровень работоспособности. В этом случае нахождение объекта в работоспособном состоянии l, или условие работоспособности объекта на l -м уровне будет Показателем безотказности систем на уровне работоспособности не ниже l будет условие сохранения работоспособного состояния объекта на l-м уровне и выше (1 ≤ l ≤v) на интервале времени [О, t] БЕЗУСЛОВНЫЕ (ВЕРОЯТНОСТНЫЕ) ПОКАЗАТЕЛИ Отмеченная выше гарантия выполнения условий (2.4) обычно не является абсолютной. Во многих случаях в силу большого количества влияющих факторов она носит вероятностный характер при нормальных (ординарных) условиях эксплуатации объекта. Это и предопределило использование вероятностных методов описания надежностного феномена. В условиях же, удаляющихся от ординарных, вырождается и вероятностная природа причины отказа, тем в большей степени, чем больше эта удаленность. Поэтому в неординарных (особых) условиях вероятностное описание безотказности становится, как правило, неприемлемым. Здесь безусловный показатель безотказности представляет собой совокупность показателя (2.4) и описания условий, в которых (2.4) выполняется или не выполняется. Обычно это описание задается в виде сценариев, минимаксных условий и т.п. В ординарных же условиях, как правило, удается описать их вероятностными законами, которые и рассматриваются ниже. При этом методически удобно начать изучение с показателей невосстанавливаемых объектов, которые могут находиться в двух состояниях. Невосстанавливаемый объект. Наиболее полная характеристика этого объекта - вероятность того, что время работы объекта до отказа t0 будет не меньше заданного времени t, или вероятность безотказной работы (probability of failure - free operation) за время t Вероятность того, что за время t объект откажет, определится как Характерные зависимости P0(t) и Q(t) представлены на рис. 2.1, а и б соответственно. Наряду с этими показателями часто используют еще другой -интенсивность отказа (failure rate) λ(t), который по информативности эквивалентен предыдущим и представляет собой условную плотность вероятности возникновения отказа, определяемую для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник График зависимости интенсивности отказа λ(t) от времени называют обычно характеристикой жизни объекта (рис. 2.2). На характеристике явно выделяются три периода, соответствующие влиянию различных причин, рассмотренных в предыдущей главе. На этом же рисунке произведено расслоение этой характеристики на три слагаемые (тонкие линии), каждая из которых определяется своей группой причин. Первая (λ1) определяется повышенной интенсивностью отказов объекта на начальном этапе его функционирования, когда происходит “выжигание” дефектов, имеющихся в объекте, обусловленных качеством его проектирования, изготовления, монтажа и т.п. Вторая (λ2) обусловлена процессом старения объекта, его износом. Третья (λ3) - случайными причинами, обычно внешнего характера и не зависящими от предыдущего срока работы объекта. Третья составляющая может быть как постоянной во времени, если внешние условия неизменны, так и переменной, если условия меняются, например сезонное изменение грозовой интенсивности, влияющей на электросетевое оборудование (на рис. 2.2 дополнительно показано пунктиром). Три интервала на графике (рис. 2.2) соответствуют преимущественному влиянию этих трех причин отказов. Между показателями P0(t) и λ(t), как следует из (2.7), имеется зависимость, которую можно выявить из преобразования (2.7) относительно P0(t) с учетом (2.6) На основе показателя P0(t) можно получить ряд вторичных показателей. Вероятность безотказной работы объекта на интервале [t1, t2], если он проработал исправно на интервале [0, t1] - P0(t2 / t1). Эту вероятность можно найти исходя из условия, что объект не откажет на интервале [0, t2] только в том случае, если он не откажет на интервале [0, t1], а затем и на интервале [t1, t2]. Другими словами, первое событие есть произведение двух других. Тогда на основании теоремы умножения вероятностей имеем откуда Средняя наработка до отказа (mean time to failure), представляющая собой математическое ожидание наработки объекта до отказа: В результате небольших преобразований (интегрирования по частям) выражение (2.9) переходит в Последнее выражение показывает, что средняя наработка до отказа графически пропорциональна площади, лежащей под графиком функции P0(t). Средняя продолжительность безотказной работы объекта, проработавшего исправно срок t1, t0 (t1): После небольших преобразований с учетом (2.8) и (2.6) получаем: Часто большой практический интерес представляет случай, когда интенсивность отказа может считаться постоянной величиной λ = const. Это характерно для уже освоенного оборудования, когда можно полагать λ1≈ 0 (рис. 2.2), при рассмотрении его работы на интервале, еще далеком от начала интенсивного старения. В этом случае все показатели существенно упрощаются и принимают вид Восстанавливаемый объект. Для представления его показателей выделим из общего потока отказов и восстановлений поток отказов (рис. 2.3). При этом на оси времени будем откладывать только суммарное время работоспособного состояния объекта tн∑ - суммарную наработку. Для такого объекта на каждом k-м цикле его работы после восстановления будут справедливы рассмотренные выше показатели невосстанавливаемого объекта, которые в общем случае будут различными для каждого цикла где tk - время от начала k-го цикла. Часто в практических задачах полагают, что эти показатели идентичны для каждого цикла. Кроме этих показателей для восстанавливаемого объекта интерес представляют и более общие показатели, характеризующие количество отказов. Количество отказов Ω(tн∑) за суммарную наработку tн∑ является величиной случайной. Для характеристики этой случайной величины введем показатель Qk(tн∑) - вероятность того, что за время tн∑ произойдет отказов Ω(tн∑) - большее или равное заданному числу К: Если функции вероятности отказа на каждом цикле Q(tк) одинаковы, то Qk(tн∑) может быть определена как K -кратная свертка функции Q(t) Вероятность того, что за время tн∑ произойдет ровно К отказов, определяется как Важнейшим показателем потока отказов является ведущая функция Ω(tн∑) или функция отказов, представляющая собой математическое ожидание числа отказов за время tн∑ которую с учетом (2.14) можно привести к виду Если функция отказов - интегральная характеристика, то в качестве точечной используется параметр потока отказов ω(tн∑) где P0(tн∑, tн∑+Δt) - вероятность безотказной работы на интервале времени Δt после tн∑. В практике часто используется показатель частота отказов (mean failure stream intensity) на интервале tн∑1, tн∑2 Другой важнейший практический показатель - средняя наработка на отказ (mean time between failure) Определение всех приведенных показателей существенно зависит от характера потока отказов. Различают потоки: • ординарные, если вероятность появления двух и более отказов за промежуток времени стремится к нулю, когда длительность этого промежутка времени стремится к нулю; • стационарные, если вероятность появления К отказов на отрезке времени (t, t + Δt) зависит только от Δt и не зависит от t (не зависит от предыстории); • без последействия, если на любых непересекающихся интервалах времени число событий, появляющихся в одном из них, не зависит от числа событий, появляющихся в других. Ординарные потоки без последействия называются пуассоновскими. Они могут быть как стационарными, так и нестационарными. Стационарный пуассоновский поток является простейшим. Поток отказов восстанавливаемого объекта является ординарным, так как второй отказ может произойти только после восстановления. Часто он может полагаться потоком и без последействия, т.е. пуассоновским. Если же он еще и стационарный, т.е. простейший, то для него можно получить: В соответствии с классификацией свойств надежности, проведенной в предыдущей главе, одним из составляющих свойств безотказности является долговечность. Ввиду особой важности и специфичности этого свойства многие из рассмотренных выше показателей для него имеют свои названия. Для долговечности потоком отказов является поток вывода объекта в различного рода предупредительные ремонты (средние, капитальные) и последний отказ -достижение конечного предельного состояния. Для этого свойства все показатели, характеризующие различные наработки, обозначаются термином “ресурс”, с соответствующим конкретизирующим его определением. Технический ресурс (life length) - наработка объекта от начала его эксплуатации до достижения предельного состояния или до начала капитального (среднего) ремонта, или от начала эксплуатации после ремонта (среднего, капитального) до следующего ремонта, или достижения предельного состояния. Обычно указывается, какой именно технический ресурс имеется в виду: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего ремонта и т.п. Гамма-процентный ресурс (L(100-γ)- life length) - наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ. Средний ресурс (mean operation life length) - математическое ожидание технического ресурса. Назначенный ресурс (intended operating life length) - суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния. Заканчивая рассмотрение показателей безотказности, важно отметить, что по сути она характеризуется либо частотой наступления тех или иных отказов (т.е. фиксируется: как часто), либо эквивалентным этой частоте интервалом времени до отказа (или от восстановления до отказа). ВОССТАНАВЛИВАЕМОСТЬ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ (УСЛОВНЫЕ) ПОКАЗАТЕЛИ Очевидно, что это свойство присуще только восстанавливаемым объектам и определяется временем восстановления его после отказа tB. Для двухуровнего случая условие восстанавливаемости (точнее, невосстанавливаемости) можно записать как условие того, что за время t, не большее времени tв, не произойдет восстановления объекта В случае, если объект имеет много уровней работоспособности, степеней выполнения функций (v), условие невосстанавливаемости объекта с уровня l за заданное время t, не большего времени восстановления tв: БЕЗУСЛОВНЫЕ (ВЕРОЯТНОСТНЫЕ) ПОКАЗАТЕЛИ В обычных (ординарных) условиях время восстановления tв, как правило, является случайной величиной и поэтому достаточно полно характеризуется законами распределения вероятностей времени восстановления после каждого k-гo отказа где tk - заданное время, отсчитываемое с момента k-гo отказа. Аналогично безотказности это свойство можно характеризовать интенсивностью восстановления Также может быть записана связь Интегральный показатель - среднее время восстановления после k-гo отказа Приведенные показатели записаны в достаточно общем виде и могут характеризовать любые виды восстановления. Вместе с тем для энергетических объектов (да и для многих других) следует более подробно рассмотреть наиболее характерные виды восстановлений: ремонты и управления. При этом класс ремонтов также подразделяется как минимум на два довольно различающихся подкласса: аварийные (или внеплановые) и предупредительные (плановые). Время аварийного восстановления работоспособности слагается из времени обнаружения места повреждения и времени устранения неисправности, ремонта, а также, возможно, из времени вероятного ожидания готовности ремонтной бригады к выполнению данной работы. Обе эти составляющие зависят от многих случайных факторов. Например, время обнаружения повреждения воздушной линии электропередачи и доставки на место повреждения ремонтной бригады определяется характером повреждения, его местом на линии, временем суток и состоянием погоды, укомплектованностью в данный момент бригады и т.д. Время ремонта - “глубиной” повреждения. Все эти случайные факторы и определяют вероятностный характер величины tвк. Теория и опыт показывают, что распределение вероятности времени аварийного восстановления достаточно хорошо описывается экспоненциальным законом, т.е. в (2.22) и (2.23) μk = const и КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АБСТРАКТНЫЙ ОБЪЕКТ Рассматриваемые ниже показатели разработаны преимущественно для обычных ординарных условий, т.е. при вероятностном описании времен до отказов и восстановлений. Если при рассмотрении безотказности и восстанавливаемости мы выделяли из общего потока отдельно потоки отказов и восстановлений соответственно, то теперь необходимо описать совместный поток отказов и восстановлений. Но и здесь целесообразно рассматривать сразу не весь поток всех отказов и восстановлений, а его составляющих. Выделим сначала поток непредусмотренных отключений (отказов) и восстановлений. Для такого потока наиболее употребительными показателями являются нестационарный, стационарный и средний коэффициенты готовности. Нестационарный коэффициент готовности — вероятность того, что объект окажется работоспособным в заданный момент времени t, отсчитываемый от начала работы, для которого известно начальное состояние этого объекта Zнaч: Коэффициент готовности (стационарный) - вероятность того, что восстанавливаемый объект окажется работоспособным в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации Основным используемым показателем при таком потоке является коэффициент технического использования - отношение средней наработки объекта за некоторый период эксплуатации к сумме средних значений наработки, времени простоя, обусловленного техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации (плановых и аварийных ) В практике часто используется также показатель, аналогичный стационарному коэффициенту готовности, но отражающий относительное время нахождения объекта не в состоянии аварийного ремонта, а в состоянии планового ремонта Этот показатель пока не получил какого-либо узаконенного названия-термина. Поэтому в дальнейшем будем его обозначать как коэффициент плановых простоев. Оба последних показателя характеризуют относительную длительность соответствующих состояний. Но при определенных условиях они могут трактоваться и как вероятности нахождения объекта в этих состояниях. Все рассмотренные выше показатели выявлялись на основе анализа потока отказов и восстановлений, развернутого на оси времени. Реально могут иметь место случаи, когда тот или иной поток разворачивается и на другой оси (не временной). Так, например, отказы коммутационной аппаратуры, релейной защиты и автоматики часто удобно рассматривать на оси “требований к срабатыванию”. Тогда такой показатель, как средняя частота отказов, переходит в вероятность отказа на требование (отказ/требование). Наработка будет измеряться количеством правильных срабатываний до отказа и т.д. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ Переход от абстрактных объектов вообще к анализу энергетической системы расширяет круг показателей надежности, форма и содержание которых определяются решаемыми задачами и используемыми критериями эффективности. Однако, как правило, все они могут быть сформированы на основе рассматриваемых выше общих показателей с дополнением специфики энергетики. Поскольку множество энергетических задач достаточно велико и открыто, вряд ли можно задать все возможное здесь количество показателей. Исключение могут составить лишь три наиболее часто используемых показателя бесперебойности энергоснабжения: дефицит мощности, недоотпуск энергии и ущерб. Оценка недоотпуска энергии. При этом могут возникнуть два случая: 1) при эксплуатации энергетической системы, когда происходит отказ работающей системы; 2) при отказе, который еще не наступил, но имеется определенная вероятность появления его как в функционирующей системе, так и в проектируемой. В первом случае предполагается известным график нагрузки электропотребителя в день его аварийного отключения WH(t). Обычно он строится на основе графиков аналогичных дней предыдущего периода (рис. 2.8). Если отказ произошел в момент , а восстановление длилось tв, то возникает дефицит мощности D(t). где - сохраненная (резервирующая) мощность. Недоотпуск энергии определится как при WH(t) ≥ WR, а при WH(t) < WR D(t) = 0. Если график нагрузки задан ступенчатой аппроксимацией с часовыми интервалами, то Во втором случае время возможного наступления отказа не известно. В этих условиях предполагается, что его появление равновероятно в любой момент времени рассматриваемого периода работы системы. Если это не так, тогда период разбивается на более мелкие периоды, в пределах которых допущение о равновероятности отказа становится приемлемым. Для возможности расчетов всех этих величин необходимо описание графиков (режимов) нагрузки потребителей. В зависимости от решаемых задач имеются различные способы их представления. Один из самых распространенных способов -календарные графики: суточные, недельные, годовые. Во многих задачах удобно использовать графики не календарные, а графики по продолжительности, представляющие собой зависимость нагрузки больше заданной от ее суммарной длительности (рис. 2.12). Для этих графиков используются те же показатели, что и для календарных графиков в зависимости от рассматриваемого периода Т (сутки, неделя, год). График по продолжительности интересен еще и тем, что он может рассматриваться как вероятностное описание нагрузки. Оценка ущерба от ненадежности. Этот показатель является наиболее комплексным показателем бесперебойности электроснабжения. Он характеризует интегрально все свойства объекта, включая режим его загрузки и значимость потребителя энергии. Обычно важность каждого потребителя характеризуется величиной удельного ущерба, возникающего при ограничении (отключении) его в мощности и энергии, который в общем случае можно представить в виде двух составляющих: ущерб из-за внезапного отключения мощности (, руб/кВт-ч) и из-за недоотпуска энергии (уo, руб/кВт). В конечном счете возникающий ущерб определяется как В рассмотренных выше способах оценки комплексных показателей (D, , У) принималось, что величина WR детерминированная. Во многих задачах в действительности она может носить вероятностный характер, что усложнит расчетные формулы. Но это уже предмет решения конкретных задач. В заключение этой главы следует еще раз отметить, что рассмотрены основные, наиболее часто используемые показатели надежности. Возможно, что решение каких-то специфических задач потребует введения и других показателей. Выбор показателей во многом зависит от назначения объекта, системы, от функций, выполняемых ими, степени важности или ответственности этих функций и других факторов. Тем не менее, выбирая показатели, следует иметь в виду некоторые простые и очевидные рекомендации: общее число показателей надежности должно быть по возможности минимальным; следует избегать сложных комплексных показателей; выбранные показатели надежности должны иметь простой физический смысл; выбранные показатели надежности должны допускать возможность проведения подтверждающих (поверочных) оценок на этапе проектирования (аналитических расчетов, имитационного моделирования и т.п.) и допускать возможность опытной оценки при проведении специальных испытаний или по результатам эксплуатации; • выбранные показатели должны позволять включать их в критерии эффективности, по которым принимаются решения об уровне надежности, допускать задания норм надежности в количественной форме. 3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ Под определением надежности здесь понимается нахождение показателей надежности объекта, системы по отношению к выполняемой (или выполняемым) ими функции (функциям), которые позволяют в практической деятельности принимать рациональные решения. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ Обычно определение показателей надежности формулируется как задача анализа, т.е. нахождение показателей для заданного объекта, хотя, в конечном итоге, как правило, решается задача синтеза. В этом случае определение надежности рассматривается при решении конкретных задач, когда сформулированы критерии, заданы средства, ресурсы. Множество таких задач велико, практически не ограничено. В общем виде решение не найдено, что и предопределило в общетеоретической части настоящей книги рассмотрение методов определения надежности как задачи анализа. Но и здесь имеется достаточно большое множество методов, которые также разрабатывались под различные задачи. Обобщение их на абстрактный объект позволило сократить это множество. Рассмотрение его целесообразно начать с классификации методов. При этом классификация возможна на различных основаниях. Многие авторы используют такие основания, как: восстанавливаемость объекта; структура системы (последовательное, параллельное, смешанное соединение элементов в системе и т.п.); используемый математический аппарат (аналитический, графоаналитический, имитационный и т.д.); характер исходной информации и возможность ее получения и др. Без сомнения, все перечисленные аспекты являются важными. Но не менее важны их структуризация и классификация. Представляется, что психологически важно начать классификацию всех методов по характеру используемой информации, возможностям ее получения. Тогда все методы определения надежности можно подразделить на методы прогнозирования, экспериментальные и расчетные. Под прогнозированием надежности понимается предсказание значений показателей надежности в условиях неполноты информации о составе объекта, характеристиках его составляющих, о предполагающихся условиях его функционирования и т.п. Под экспериментальным методом понимается метод опытного определения надежности реальных объектов, когда объект и условия, в которых он функционирует, известны исследователям с достаточной полнотой и при необходимости могут целенаправленно изменяться. Под расчетом надежности понимается метод получения численных показателей надежности объекта по известным характеристикам надежности его элементов, по известному их структурному и функциональному взаимодействию. Хотя все три группы методов имеют принципиально различную основу, но, в конечном счете, они все применяются в совокупности, дополняя друг друга. Например, пусть поставлена задача определить надежность энергосистемы, которая будет формироваться из существующей путем добавления каких-то элементов (новых электростанций, линий электропередачи, подстанций и т.п.). С одной стороны, раз имеется действующая энергосистема, можно было бы применить экспериментальный метод. Но, во-первых, энергосистема постоянно изменяется (наращивается, развивается), а во-вторых, надежность энергосистем обычно весьма высокая. Поэтому для получения необходимой информации потребуется очень большой период. Так что в прямом виде экспериментальный метод неприменим. Но если энергосистему представить как систему, состоящую из групп однотипных элементов (линий электропередач, трансформаторов, коммутационной аппаратуры, генераторов и т.п.), то, поскольку таких элементов много, надежность их ниже, чем надежность энергосистемы целиком, здесь уже применим экспериментальный метод по отношению к элементам системы. Таким образом, используя экспериментальный метод к элементам энергосистемы, мы можем определить их фактическую надежность. Далее, если в перспективе эти элементы как-то будут изменяться (совершенствоваться, модернизироваться), будут меняться условия их работы или появляться новые, то здесь могут быть успешно применены методы прогнозирования. В итоге мы будем располагать информацией об элементах будущей системы, их связях, о структуре системы. В этих условиях наиболее эффективен для использования становится расчетный метод. Следовательно, поставленная задача, по существу, может быть решена только на основе совместного использования всех трех групп методов определения надежности. Переходя к рассмотрению этих групп, необходимо отметить, что методы прогнозирования надежности базируются на достаточно хорошо разработанной общеметодологической основе прогнозирования вообще и каких-либо существенных специфических особенностей применительно к задаче надежности энергосистем не имеют. По уровню информационной обеспеченности метод прогнозирования также может быть подразделен на экспертные, экстраполяции, моделирования. В каждом из них имеется также ряд методов, способов их реализации (например, метод комиссий, анкет и т.д.). ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ Показатели надежности этими методами могут быть получены по результатам либо испытаний - специальных или совмещенных, либо наблюдением за функционированием объекта в условиях эксплуатации, т.е. методы подразделяются на методы испытаний на надежность (специальные, совмещенные) и на методы наблюдения. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ Эти методы организуются специально с целью определения показателей надежности, объем их обычно заранее планируется, условия функционирования объектов устанавливаются исходя из требований оценки конкретных показателей. Такие испытания, как правило, применяются для изделий, выпускаемых в достаточно большом количестве. Проводить специальные испытания для сложных объектов, систем во многих случаях не представляется возможным, так как объем выпуска обычно ограничен единицами экземпляров, а процесс изготовления, отладки, проверки функционирования и доводки занимает слишком много времени и дорогостоящий. Показатели надежности таких объектов оцениваются в основном либо по результатам совмещенных испытаний, при которых определение показателей согласовывается с экспериментальным исследованием других параметров объекта, либо по наблюдениям на этапе эксплуатации. Методы испытаний, в свою очередь, подразделяются на исследовательские (определительные) и контрольные. Исследовательские испытания на надежность проводятся для выявления фактических значений показателей надежности. Контрольные испытания -для проверки соответствия показателей надежности объектов требованиям (стандарта, технического задания, технических условий). Исследовательские и контрольные методы имеют существенные отличия. При сопоставимых требованиях к точности и достоверности необходимый объем испытаний при контрольной постановке может быть значительно меньше, чем при определительной, в случае, если истинное значение показателя надежности объекта мало отличается от необходимо уровня. Кроме того, у этих методов заметно различаются этапы планирования эксперимента. Планирование при контрольных испытаниях опирается на требуемое значение показателя надежности. В результате планирования определяют необходимый объем испытаний и оценочный норматив - решающее правило, по которому принимается решение о соответствии или несоответствии объекта заданному требованию. Следовательно, ошибка в планировании контрольной процедуры в принципе не может быть выявлена в результате испытаний, и, таким образом, корректность планирования непосредственно определяет достоверность искомого заключения. При планировании определительной (исследовательской) процедуры принципиально невозможно однозначно указать необходимый объем испытаний, так как точность оценок показателей надежности при заданной достоверности зависит не от объема испытаний, а от объема получаемой при испытании информации. Исходя из требуемых точности и достоверности оценок, в результате планирования исследовательской процедуры получают не объем испытаний, а минимально необходимое число информативных реализаций. Требуемый объем испытаний - число изделий (или число опытов) и продолжительность испытаний - зависит от фактической надежности объекта, которая до испытания не известна. Следовательно, необходимый объем испытаний при планировании исследовательской процедуры может быть определен лишь ориентировочно, исходя из предполагаемого уровня надежности объекта. Однако ошибки в планировании объема испытаний выявляются в процессе испытаний при обработке их результатов и могут быть скорректированы. Экспериментальные методы требуют значительных затрат времени. Сокращение времени (ускорение) может быть достигнуто применением либо специальных методов планирования и обработки, либо форсированных режимов испытаний. При форсированных режимах испытаний ускорение достигается ужесточением режимов с целью набора необходимого количества статистической информации за более короткое время. Применение форсированных испытаний требует большой подготовительной работы: выбора эффективных ускоряющих факторов, исследования степени их влияния и т.п. Кроме того, остается задача “обратного” пересчета полученной информации к “нормальным условиям”. Испытания в форсированных режимах целесообразны, прежде всего, для контроля надежности серийных изделий, выпускаемых по неизменной технологии длительное время. МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ Иногда эти методы еще называют ретроспективными. Они представляют собой извлечение и обработку информации из анализа работы действующих объектов. Стоимость работ, связанных с оценкой надежности эксплуатируемого оборудования этими методами, в отличие от стоимости испытаний на надежность минимальна. В основном это затраты на сбор и обработку статистических данных. Длительность наблюдения и массив статистических данных определяются продолжительностью всего процесса эксплуатации и общим количеством действующих объектов. Основные трудности этого метода получения показателей надежности состоят в том, что процесс функционирования объектов не зависит от наблюдателя, который должен суметь извлечь объективную информацию о надежности объектов по записям, выполненным большим числом разных наблюдателей. В общем случае при эксплуатации объектов могут изменяться условия работы, режимы загрузки и т.п. Поэтому возникает задача не просто оценить фиксированные значения показателей надежности, а установить зависимость этих показателей от условий и параметров работы объекта. При формировании такого рода зависимостей влияющие факторы должны быть представлены какими-либо укрупненными, но достаточно представительными показателями. Количество показателей зависит в первую очередь от сложности объекта. Например, для воздушной ЛЭП заданного класса напряжения при получении ее характерных показателей надежности со и ?в достаточно учесть материал опор и географическое расположение; для ЭЭС при характеристике надежности интегральным показателем в виде аварийного недоотпуска энергии или ущерба достаточно учесть плотность графика нагрузки, величину резерва генерирующей мощности и его включенную составляющую, загрузку слабых межсистемных связей и т.п. Для получения этих зависимостей наиболее эффективно использование математических методов регрессионного и дисперсионного анализа. Одной из главных задач, возникающих при использовании ретроспективных методов, наряду с рассмотренной (оценкой погрешности показателей надежности) является связанная с ней задача проверки однородности различных выборок и их объединения. Суть последней состоит в следующем, если из собранной информации (выборок) о надежности однотипных объектов, работающих в разных частях системы (в общем случае в разных условиях), следует, что они имеют различные точечные статистические оценки показателей надежности, то возникает вопрос, можно ли эти расхождения считать существенными, значимыми, или их следует приписать случайностям выборок. Ответ на этот вопрос очень важен. Действительно, если эти расхождения случайные, то выборки однородные, принадлежат одной генеральной совокупности, и информацию можно объединить, в результате повысится точность оценки показателей надежности. В теории вероятностей и математической статистике разработаны методы (метод статистических гипотез) и критерии, которые позволяют решить эту задачу. При обработке экспериментальных данных отмеченные различия методов испытания и наблюдения несущественны, поэтому рассматриваемые ниже подходы и методы обработки данных относятся ко всем экспериментальным методам. ТИПЫ ОЦЕНИВАЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ХАРАКТЕР АПРИОРНЫХ СВЕДЕНИЙ Результаты испытаний (наблюдений), “очищенные” предварительным анализом, подлежат статистической обработке. Последняя сводится к оценке параметров функций распределения случайных величин, определяющих искомые показатели надежности, т.е. к традиционной задаче математической статистики. Возможность и целесообразность использования того или иного метода обработки, ее трудоемкость и качество получаемых оценок существенно зависят от типа оцениваемого показателя надежности, объема априорных сведений о наблюдаемой величине, характера статистического материала, которым располагает исследователь. При экспериментальной оценке показателей надежности многие задачи независимо от конкретного содержания имеют одинаковый алгоритм решения, так как для этапа статистической обработки не существенно: какое из свойств исследуется - безотказность, долговечность, ремонтопригодность или другие; обрабатываются ли результаты испытаний (специальных или совмещенных) или результаты наблюдений в процессе эксплуатации; производится восстановление отказавших изделий или их замена новыми; какими единицами измеряется наработка - количеством часов, циклов работы, срабатываний, банок, отливок, отпечатанных знаков и т.п., мерами длины (проволоки, пряжи, пробега автомобиля) или мерами объема (жидкости, раствора, грунта). Наиболее существенными для этапа статистической обработки факторами являются: типы оцениваемых показателей надежности; характер априорных сведений о наблюдаемой случайной величине; характер статистического материала при различных стратегиях испытаний. При экспериментальных оценках надежности независимо от того, какое свойство исследуется, все многообразие оцениваемых показателей сводится к показателям двух типов: • показатели типа наработки - средняя, или γ - процентная (наработка до отказа, между отказами, до предельного состояния, срок сохраняемости, время восстановления и т.п.); • показатели типа вероятности (безотказной работы, исправного состояния в произвольный момент, восстановления за заданное время и т.д.). При определении показателей типа наработки непосредственно наблюдаемыми величинами являются случайные интервалы: наработки до отказа, между отказами, до предельного состояния, времени восстановления, времени хранения до отказа и т.п. При определении показателей типа вероятности непосредственно наблюдаемыми случайными величинами являются числа событий в испытаниях: число отказов, число восстановлений, число предельных состояний и т.д. С точки зрения характера априорных сведений о функции распределения все многообразие практических задач сводится, по существу, к следующим двум вариантам. 1.Вид функции распределения наблюдаемой случайной величины известен априори. Задача статистической обработки - получить оценки для показателей надежности с учетом вида функции распределения и характера имеющегося статистического материала. 2.Вид функции распределения наблюдаемой случайной величины неизвестен или известен лишь предположительно. В этом случае на основании анализа процессов, приводящих к отказам, опыта эксплуатации аналогичных изделий и предварительного анализа полученной при испытаниях информации (например, по виду гистограммы) принимается некоторая гипотеза о виде функции распределения. Задача обработки - проверить, не противоречат ли экспериментальные данные принятой гипотезе, и оценить параметры этой функции распределения. В такой постановке необходима подробная информация о наблюдаемой случайной величине, а процесс статистической обработки в качестве обязательных должен включать следующие этапы: построение вариационного ряда; построение гистограммы; принятие гипотезы о виде функции распределения; оценку точечных значений параметров (для функции распределения предполагаемого типа); проверку непротиворечивости экспериментальных данных принятой гипотезе о функции распределения. В случае положительных результатов предыдущего этапа может быть проведена оценка интервальных значений параметров функции распределения (показателей надежности); в случае отрицательных результатов процедуры проверки гипотезы процесс статистической обработки повторяется, начиная с этапа принятия гипотезы при другом предположении о виде функции распределения. Если вид функции распределения не отвергнут результатами проверки, то в остальном процедуры определения точечных и интервальных оценок параметров в обоих вариантах постановок задач практически совпадают. Особым является случай, когда оценка параметров распределения не производится - требуется оценить непосредственно значение функции распределения в некоторой фиксированной точке, т.е. оценить показатель типа вероятности. Например: вероятность отказа или безотказной работы для фиксированной наработки; вероятность восстановления или невосстановления за фиксированное время; вероятность наступления предельного состояния при заданной наработке; вероятность сохранения или несохранения определенных показателей качества при хранении объекта в течение заданного времени. Задача такого типа в математической статистике носит название непараметрической. Этот случай является наиболее простым с точки зрения организации испытаний (наблюдений), трудоемкости сбора и статистической обработки информации. Здесь испытания каждого изделия проводятся в течение фиксированного времени (наработки) не обязательно по всем изделиям одновременно. Контроль функционирования может быть осуществлен только перед началом и по окончании испытаний. Подлежащие статистической обработке результаты испытаний при этом представляют собой только два числа - общее число испытаний фиксированной длительности (число опытов) и число успешных или неуспешных опытов. Естественно, что при этом получаемая в результате статистической обработки оценка несет лишь минимальную информацию - значение функции распределения в единственной точке, соответствующей фиксированной наработке при испытаниях (наблюдениях). За исключением полученного значения функции, в этой точке мы не имеем никакой другой информации и не должны экстраполировать оценку для других значений наработки. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ Различают точечные и интервальные оценки показателей надежности. Точечная оценка показателей. Известные методы точечных оценок можно условно разделить на две группы: аналитические (метод максимального правдоподобия, метод моментов, метод квантилей и др.); графические (с использованием вероятностных бумаг и номограмм). При обработке конкретных результатов испытаний очень существенным является вопрос применимости и критериев предпочтения того или иного метода. Известно, что формальными критериями качества точечных оценок являются: состоятельность, несмещенность, эффективность. Напомним, что оценка считается состоятельной, если она сходится (по вероятности) к истинному значению оцениваемого параметра с увеличением объема выборки. Оценка называется несмещенной, если ее математическое ожидание равно истинному значению оцениваемого параметра. Несмещенность означает отсутствие систематической ошибки. Из двух состоятельных и несмещенных оценок лучшей является та, которая имеет меньшую дисперсию. Оценка считается эффективной, если она обладает наименьшей дисперсией по сравнению с любыми другими несмещенными оценками. Ясно, что лучшей является состоятельная несмещенная и эффективная оценка, однако такие оценки могут быть получены не для всех статистических данных. Поэтому выбор метода оценки не всегда диктуется соображениями ее качества, а во многих случаях - теми данными, которыми мы располагаем: наличием априорных сведений о функции распределения и характером полученного статистического материала (типом выборки). При выборе методов оценки необходимо также иметь в виду Следующее обстоятельство. Характерной особенностью работ при экспериментальной оценке показателей надежности является повышенная опасность грубых ошибок. Как показывает практика, такие ошибки возникают даже при корректном (формально) использовании строгого аналитического аппарата и в силу этого остаются в большинстве случаев неосознанными. В частности, для статистической информации о надежности сравнительно высока вероятность попадания в выборку аномальных реализаций -как результат ошибки, например, либо в фиксации момента отказа, либо при классификации отказов. Поскольку аналитические методы оценок исходят из доверия к каждому элементу выборки, они, естественно, не чувствительны к такому засорению. Напротив, универсальность и наглядность графических методов позволяют исключить, по крайней мере, грубые ошибки. Поэтому применительно к обработке результатов испытаний на надежность в условиях малого объема статистической информации, низкой ее достоверности и лишь ориентировочных сведений о виде распределения исследуемой случайной величины графические методы приобретают особое значение. Если вид функции распределения априори известен, то для получения точечных оценок параметров распределений и показателей надежности может быть использован один из методов, описанных ниже. Метод моментов. Идея метода моментов состоит в том, что моменты распределения, зависящие от неизвестных параметров, приравниваются к эмпирическим моментам. Взяв число моментов равным числу неизвестных параметров, получаем необходимое число уравнений. Использование метода моментов основано на том, что если число отказов п достаточно велико, то в силу закона больших чисел значения эмпирических моментов близки к теоретическим. Метод квантилей. Для получения оценок параметров этим методом используются так же, как и в методе моментов, уравнения, в которых квантиль теоретического распределения приравнивается к эмпирической квантили. При этом используется столько эмпирических квантилей и соответственно уравнений, сколько параметров необходимо оценить. Ясно, что метод квантилей более универсален относительно выборки, важно только уметь рассчитать для выборок различного типа значения эмпирической функции распределения. Однако оценки, получаемые методом квантилей, обладают значительной дисперсией. В частности, для нормального распределения, если за оценку параметра а методом моментов принято выборочное среднее, а за оценку того же параметра методом квантилей принята медиана выборки (50%-я квантиль эмпирической функции распределения), то оценка, получаемая методом квантилей, в этом случае имеет в 1,6 раза большую дисперсию. Метод максимального правдоподобия. Метод является универсальным и наиболее мощным с точки зрения эффективности оценок. Идея метода заключается в том, что для фиксированного результата эксперимента составляется функция правдоподобия, выражающая вероятность получить реализовавшийся в эксперименте результат. За искомые точечные оценки принимаются значения параметров, максимизирующие функцию правдоподобия. Достоверность оценок, получаемых любым из аналитических методов, существенно зависит от достоверности сведений о виде функции распределения исследуемой случайной величины. Поэтому даже в том случае, когда вид функции распределения считается априори известным, настоятельно рекомендуется, прежде чем использовать какую-либо из формальных процедур для точечных оценок параметров, провести проверку согласия опытного распределения с теоретическим (априори заданным) по вероятностной бумаге. Если вид функции распределения априори неизвестен, процедура статистической обработки должна предусматривать более детальное исследование выборки. Как уже отмечалось выше, это: построение вариационного ряда; построение гистограммы и функции интенсивности отказов (если позволяет объем выборки); оценка значений эмпирической функции распределения; предварительная оценка непротиворечивости экспериментальных данных принятому (гипотетическому) распределению по вероятностной бумаге; оценка точечных значений параметров (при положительном результате предыдущего этапа); оценка согласия опытного распределения с гипотетическим по количественному критерию. После того как каким-либо из методов получены оценки для неизвестных параметров, можно перейти к следующему этапу математической обработки - процедуре проверки гипотезы о виде функции распределения. Качественно такая оценка обычно делается на первых этапах статистической обработки информации. На заключительном этапе после оценки неизвестных параметров имеется возможность проверить гипотезу о законе распределения по количественному критерию. Для этих целей обычно используют критерии Пирсона (-критерий) и Колмагорова. Расчетные выражения для точечных оценок показателей. В итоге показатели надежности объекта могут быть экспериментальными методами оценены следующим образом (оцениваемые показатели обозначены с “крышечкой” сверху). Вероятность безотказной работы где N(0) - число наблюдаемых объектов в начале эксперимента, N(t) - число оставшихся работоспособных объектов в момент времени t (объекты невосстанавливаемые). Интенсивность отказа в момент времени t где Δt - небольшой интервал времени. Средняя наработка до отказа: где - время до отказа i-го наблюдаемого объекта; Т - время наблюдения. Частота отказов на интервале где - число отказов i-го объекта до момента времени и соответственно. Интенсивность восстановления где , n(t) - число объектов, восстановление которых длилось меньше t+Δt и t соответственно. Коэффициент готовности где - суммарное время пребывания i-го объекта в работоспособном состоянии за время Tраб, Tраб - продолжительность наблюдения, включающая интервалы работоспособного состояния и ремонтов после отказов. Если времена Tраб различны для каждого из наблюдаемых объектов, то где - суммарная наработка всех объектов; - суммарное время восстановления после отказов. Или где - число объектов, находящихся в состоянии работоспособности в произвольный “достаточно удаленный” момент времени. Коэффициент технического использования где - суммарное время плановых ремонтов. Интервальная оценка показателей. Любая полученная точечная оценка, если даже она удовлетворяет всем критериям качества, обладает существенным недостатком в том смысле, что она сама представляет собой лишь частное значение случайной величины. Поэтому кроме точечной оценки желательно знать практически надежные границы для оцениваемого параметра, т.е. найти такой интервал оценок, который с достаточно высокой вероятностью “накрывает” неизвестный параметр. За меру достоверности оценки - доверительной вероятности -принимается величина , показывающая, с какой вероятностью можно утверждать, что доверительный интервал накроет истинное значение показателя. где , - нижняя и верхняя границы доверительного интервала соответственно для показателя “среднее время до отказа”. Чаще всего вероятности ε1 и ε2 выбираются одинаковыми, тогда и, следовательно, каждая из доверительных границ определяется с уровнем значимости или с односторонней доверительной вероятностью (коэффициентом доверия) Если известен вид функции распределения оценки, то принцип вычисления доверительных интервалов состоит в том, что за нижнюю и верхнюю доверительные границы принимаются квантили этого распределения по соответствующему уровню. Нижняя доверительная граница определяется как квантиль по уровню ε , а верхний - как квантиль по уровню . Вид распределения оценки зависит, в свою очередь, от вида распределения исследуемой случайной величины и тех функциональных преобразований, которые производятся над исходной статистикой при получении оценок. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ Как отмечалось выше, эти методы применяются тогда, когда анализируется надежность объекта, который может быть представлен в виде системы, об элементах и связях которой известна вся информация (показатели надежности элементов, структура и функциональное взаимодействие их и т.д.). Первоначально методы расчета разрабатывались для решения конкретных практических задач. Многообразие реальных задач и объектов породило множество различных методов, которые учитывали ту или иную специфику этих задач, объектов. Определенная унификация этого множества методов стала возможной только за счет абстрагирования от специфики тех или иных задач, специфики объектов и построения модели некоторого абстрактного объекта. В итоге такой абстрактный объект представляет собой систему, состоящую из n -элементов, функционально связанных между собой в общем случае любым необходимым способом, обеспечивающим выполнение объектом его функций, т.е. преобразование “входа” в “выход” (рис. 3.1). Каждый i-й элемент системы в общем случае может находиться в смысле надежности в , состояниях. Отказы и состояния элементов в общем случае могут быть зависимыми. Потоки отказов и восстановлений элементов в общем случае могут быть любыми (нестационарными, с последействиями или простейшими). Задача состоит в выявлении состояний объекта - системы и событий перехода в эти состояния, обусловливающие изменение уровня работоспособности объекта, а также вероятностные характеристики этих состояний и событий. Решение такой задачи представляет большую методическую трудность. Поэтому реально разработанные методы имеют ряд допущений. Практически все они рассматривают объекты-системы, элементы которых могут находиться только в двух состояниях. Часть методов упрощает задачу, при условии, что и сам объект-система имеет два состояния (точнее все множество состояний из разбивается на два подмножества). Другая группа методов упрощает задачу, и предположении, что потоки отказов, восстановлений являются ординарными и т.д. Ниже все эти упрощения раскрываются при рассмотрении конкретных методов. Применение этих методов к решению реальных задач требует предварительного моделирования реального объекта с целью представления его в виде абстрактного. Во многих случаях это удается, хотя иногда ценою некоторых потерь. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ Для описания состояния объекта мы использовали его параметры xi и область допустимых значений с границей D(x) = 0. Здесь, представляя объект в виде системы, также будем состояние объекта - системы z описывать через состояния ее элементов xi. При этом состояние каждого элемента, в свою очередь, определяется его параметрами и областью допустимых значений, которые здесь специально не рассматриваются. Таким образом, не будем при описании системы углубляться внутрь элементов, а будем оперировать только внешними их характеристиками, в данном случае - характеристиками их состояний x=(x1, x2,…,xi,…,xn). Тогда состояние системы z будет характеризоваться дискретной функцией принимающей значения от 0 до полного количества возможных состояний системы. Далее для каждого состояния системы необходимо установить степень выполнения ею своих функций в этом состоянии, уровень работоспособности Е В итоге решение задачи будет заключаться в определении возможных уровней работоспособности системы и событий, которые приводят систему к этим состояниям (отказы и восстановления каких-либо элементов системы). Формализованное решение задач (3.12) - (3.13) в общем виде весьма затруднительно, особенно когда уровней работоспособности у системы более двух. Пока что разработаны лишь методы частичной формализации этой задачи, которые и рассматриваются далее. Графический метод. Достоинство метода - большая наглядность. Функционирование объекта представляется в виде графа состояний и переходов. Поясним суть его на примере систем, состоящих из одного и двух элементов. Если система представляет собой всего лишь один восстанавливаемый элемент, который может находиться в двух состояниях (например, z = 1 - работоспособное и z = 0 - неработоспособное), то граф такой системы имеет вид, представленный на Рис.3.2. В каждом из состояний система может оказаться или в результате перехода из другого, или сохранения своего прежнего состояния. Граф невосстанавливаемого элемента будет отличаться от изображенного на Рис.3.2 отсутствием стрелки от состояния z = 0 к z = 1. Для системы, состоящей из двух восстанавливаемых элементов, каждый из которых может находиться в двух состояниях, граф состояний и переходов будет иметь вид, показанный на Рис.3.3. Здесь z = 0 - состояние неработоспособности двух элементов, z = 1 - состояние неработоспособности только первого элемента, z = 2 - состояние неработоспособности только второго элемента, и z = 3 - состояние работоспособности обоих элементов. Если элементы рассматриваемой системы невосстанавливаемые, то стрелки от состояний 0 к 1 и 2, а также от 1 и 2 к 3 отсутствуют. В общем случае, когда система включает в себя п элементов, каждый из которых может находиться в двух состояниях, полное количество состояний системы становится равным 2n. Состояние системы, из которого оно не может выйти (на графе нет стрелок, отходящих от него к другим состояниям), называют поглощающим. Таким состоянием, например, является z = 0 в рассматриваемых выше системах, когда элементы невосстанавливаемые. После того как определены все состояния системы, следует идентифицировать их по степени, уровню работоспособности системы в этих состояниях. Если число уровней большое, целесообразно зависимость E(z) представить в виде таблицы. Метод на основе булевой алгебры. Этот метод использует функции алгебры логики (булевой алгебры) и может применяться для достаточно упрощенных систем, а именно систем, в которых они сами и их элементы могут находиться только в двух состояниях. Кроме того, этот метод применяется для систем, структура в смысле надежности которых может быть представлена в виде сети. Алгебра логики (булева алгебра) представляет собой раздел математической логики, занимающейся исчислением высказываний. Под высказыванием понимается любое предложение, относительно которого можно утверждать его истинность или ложность без учета конкретного содержания. Например, высказывание “частота системы измеряется в герцах” - истинное, а высказывание “2 > 5” -ложное. Отдельные высказывания обозначаются буквой (х). При этом высказывание можно рассматривать как величину, которая принимает два значения: “истина” и “ложь”. Если х истинно, то х = 1; если х ложно, то х = 0 (или наоборот). Каждое конкретное высказывание имеет вполне определенное истинное значение. Но это значение может быть и переменным. Например, высказывание х - “элемент работоспособен” в одной ситуации может быть истинным (х = 1), а в другой - ложным (х = 0). Переменная величина, которая принимает лишь два значения (1 или 0), называется двоичной. Можно построить высказывания, истинность которых определяется значениями истинности других высказываний, т.е. первые являются функциями более простых высказываний - аргументов. Функции, принимающие лишь два значения (1 или 0) и определяемые различными наборами двоичных аргументов, называются двоичными функциями или функциями алгебры логики (ФАЛ). В алгебре логики рассматриваются три основные логические операции: отрицание, конъюнкция (умножение) и дизъюнкция (сложение). Отрицание. Отрицание высказывания х обозначается как (читается: “не х”). Значение истинности определяется соотношениями Конъюнкция. Логическое умножение высказываний x1 и x2 обозначается как или x1x2 (читается “ х1 и х2 ”). Значение истинности произведения определяется в зависимости от значений истинности x1 и х2 следующими соотношениями: Таким образом, конъюнкция представляет собой сложное высказывание, которое истинно тогда и только тогда, когда истинны составляющие его. Дизъюнкция. Логическое сложение высказываний х1 и х2 обозначается как х1 v х2 или х1 + х2 (читается “х1 или х2”). Значение истинности логической суммы х1 v х2 в зависимости от значений истинности х1 и х2 определяется следующими соотношениями: Таким образом, дизъюнкция представляет собой сложное высказывание, которое ложно тогда и только тогда, когда оба слагаемых ( х1 и х2 ) ложные. Основные правила преобразования логических выражений следующие: Сочетательный (ассоциативный) закон Переместительный (коммутативный) закон Распределительный (дистрибутивный) закон Закон инверсий Операция поглощения Операция склеивания Если применить эту алгебру логики в рассматриваемой нами задаче, то функция состояния системы Z(x) (3.12) в данном конкретном случае может быть описана как функция алгебры логики (ФАЛ), у которой аргументами являются двоичные переменные состояния элементов xi. Для графа на Рис.3.3 при последовательном и параллельном соединении элементов можно записать: Функция Z здесь называется логической функцией работоспособности (ФР) системы. Вообще если функциональная связь элементов в системе структурно в смысле надежности может быть представлена в виде некоторой схемы соединения элементов, которые образуют пути между входом и выходом, то для такой схемы имеются регулярные методы получения логической функции работоспособности. Для электрических сетей структурная схема системы в смысле надежности часто представляет собой аналог схемы соединения ее реальных элементов. Табличные методы. Суть этих методов состоит в упорядоченном переборе с помощью таблиц состояний и событий в системе и отборе из них тех, которые представляют интерес с позиции надежности. Искомые события и состояния связаны с совпадением отказов одних с неработоспособными состояниями других элементов. Построенные определенным образом таблицы позволяют организовать целенаправленный перебор таких состояний и совпадений. Формы таблиц могут быть различными, отражая специфику задачи и системы. Обычно количество таблиц зависит от количества рассматриваемых функций системы и количества учитываемых совместных наложений неработоспособных состояний и отказов элементов. Так, например, если для системы, представленной на рис. 3.4,б, определяется функция связи между входом (генерацией) и узлом 3, и количество учитываемых наложений не более двух, то достаточно иметь только одну таблицу. Здесь индексы i и j у сечения Sij обозначают номера элементов системы (например, i=2 или i=23, ..., j=2, j=14 и т.д.), а под номером отключенного элемента “0” указывается исходное состояние системы со всеми включенными элементами, прочерком исключаются события отказа элемента, когда он исходно отключен. Пустые клетки указывают на то, что в данном исходном работоспособном состоянии отказ соответствующего элемента не приведет к отказу системы. Если необходимо учесть более чем двойное, например, тройное наложение состояний и событий, то необходимо составить еще аналогичную таблицу, где исходными работоспособными состояниями будут состояния, отображенные в предыдущей таблице Пустыми клетками, т.е. состояния системы с отключенными двумя элементами, а по столбцам будут также перебираться отказы всех элементов системы. Снова появятся пустые клетки и клетки с единицами. При необходимости учета наложений и отказов сразу четырех элементов повторяется процедура, аналогичная предыдущей. Если в исследуемой системе рассматривается надежность по отношению к нескольким выполняемым ею функциям (например, надежность электроснабжения, кроме третьего, еще второго и четвертого узлов системы на рис. 3.4), то иногда удобно каждой функции присвоить обозначение (например, Ф2, Ф3, Ф4) и вместо единицы в клетках таблицы внести символы тех функций, которые нарушаются при отказе перебираемых элементов. Табличный метод представляет собой не что иное, как упорядоченный метод отыскания сочетаний элементов, образующих минимальные сечения. Заполнение таблицы единицами требует соответствующего анализа структуры и функциональных связей элементов в системе, который обычно выполняется не формализованным образом, хотя нет принципиальных каких-либо ограничений по формализации этой процедуры. Метод удобен и прост в неформализованном виде для расчета относительно небольших систем (до 10 элементов) при учете наложений состояний и отказов до двух элементов и позволяет просто учесть специфику отказов элементов различных объектов. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ Расчетные методы определения вероятностных показателей надежности в зависимости от используемых математических средств можно подразделить на аналитические и имитационные (машинно-статистические). Предварительно проанализируем вопрос о необходимой и достаточной номенклатуре определяемых показателей надежности систем, поскольку полный перечень их даже для абстрактного объекта достаточно велик и часть их может быть получена из других. Если рассматривается восстанавливаемый объект с v возможными состояниями, то как минимум обычно требуется определение v показателей - частоты попаданий объекта в эти состояния или средние времена нахождения объекта в них. Если же необходимо тать еще и частоты того, из каких состояний объект переходит в данное, то минимальное число показателей возрастает до v( v-l ). Слово “минимальное” здесь имеет тот смысл, что нас не интересуют законы распределения времен нахождения объекта в тех или иных состояниях, а мы довольствуемся лишь средними временами нахождения объекта в этих состояниях или полагаем, что эти времена подчиняются экспоненциальным законам. Для восстанавливаемого объекта, имеющего всего два состояния, минимальное количество показателей также равно двум. Это могут быть средние времена нахождения его в этих состояниях либо один из них в сочетании с комплексным показателем, например коэффициентом готовности (или неготовности), характеризующим одновременно и другое единичное свойство. В случае невосстанавливаемого объекта минимальное число показателей сокращается и для объекта с двумя состояниями требуется всего один показатель. Как правило, этот минимум показателей достаточен для определения других (комплексных) показателей и решения многих Практических задач. Это, конечно, не исключает возможности появления практических задач, требующих более полных характеристик состояний объекта. Поэтому при рассмотрении далее методов расчета мы будем отмечать тот минимум показателей, которые они позволяют определять. 4. КРИТЕРИЙ ЭФФЕКТИВНОЙ НАДЕЖНОСТИ Критерий (греч. Kriterion) - признак, мерило, на основании которого производятся оценка (например, оценка качества системы, ее функционирования), сравнение альтернатив, классификация объектов и явлений. Другими словами, критерий - это правило сравнения альтернатив для выработки решений. Эффективность (лат. effectivus - действенный) - это способ-Масть приносить эффект, оказывать действие. Обычно этот термин используется для характеристики качества объекта-системы, процесса с точки зрения соотношения затрат и результатов, их полезности. Количественно эффективность, как правило, измеряется отношением полезности “выхода” системы и полезности “входа” системы или наоборот. Например, коэффициент полезного действия какого-то механизма (отношение “выхода” к “входу”), расход бензина (в литрах) к пройденному пути (в километрах) для автомобиля (отношение “входа” к “выходу”) и др. Желаемая степень эффективности объекта-системы, процесса, их полезности определяется целью субъекта, и в общем случае эта Степень может быть различной для разных субъектов по отношению N одному и тому же объекту, процессу. Например, производитель энергии относится к энергосистеме с позиции полезности для него объемa оплаты за энергию, затрат на ее производство и неприятностей из-за ненадежности энергоснабжения. Полезность же энергосистемы для потребителя энергии имеет совсем иной характер, хотя и определяется, в том числе теми же факторами, но с другими оценками их. Или - полезность той же энергосистемы для ее собственники и полезность ее для наемного рабочего, работающего в ней, очевидно, далеко не одинаковые. В итоге мы получаем многоцелевую задачу. Производитель, например, желает максимум прибыли, потребитель - минимум итоговой оплаты за энергию, рабочий - максимум зарплаты и т.д. Если все субъекты, имеющие отношение к данному объекту, заинтересованы в его существовании, то должен быть установлен компромиссный баланс полезностей для каждого из них, который и определит рациональные характеристики всех составляющих качества объекта. В рассматриваемой нами задаче наиболее существен баланс интересов между производителем и потребителем энергии. В настоящее время известно два подхода к установлению этого баланса: экономический и нормативный. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ПОДХОД Надежность является одной из характеристик, обусловливающих качество объекта, и обеспечение какого-то уровня надежности требует ресурсов, усилий, имеющих известную полезность для производителя. Но он готов до определенной степени ими поступиться для повышения надежности системы. Потребитель энергии, приобретающий ее у производителя по определенной цене, при поиске компромисса готов терпеть ненадежность в снабжении его энергией, если производитель будет компенсировать возникающие у потребителя ущербы из-за ненадежности. Таким образом, компромисс должен быть найден между ценой продаваемой потребителю энергии и величиной компенсируемого ущерба, что и выявит рациональный уровень надежности объекта. Следовательно, производитель и потребитель должны обменяться информацией. В общем случае потребитель должен предоставить зависимость ущерба от ненадежности У(На), а производитель - цену энергии как функцию от надежности Цэ(На). После этого каждый из них может спланировать свои действия и определить рациональный (компромиссный) уровень надежности. Качественно это может быть проиллюстрировано рис. 4.1. Здесь На - характеристики (показатели) надежности объекта; ΔЗ(На) - увеличение затрат на обеспечение надежности, которые дополнительно повысят цену энергии. Точка Наопт и будет характеризовать искомую, эффективную надежность объекта.   НОРМАТИВНЫЙ ПОДХОД К сожалению, далеко не всегда можно иметь всю необходимую информацию. При такой массовости использования электроэнергии во всех сферах деятельности человека и соответственно - массовости принимаемых решений по организации энергоснабжения трудно обеспечить и необходимую высокую квалификацию специалистов. С другой стороны, практика проектирования и эксплуатации показала определенный опыт в решении этой задачи на эмпирической основе, который позволил сформулировать определенные требования по надежности в виде нормативов. Кроме того, возникают случаи, когда экономический подход неприменим по принципиальным соображениям. Например, когда надежность связана с жизнью людей (опасность взрывов на технических производствах, откачка воды, вентиляция в шахтах, горная энергетика и т. п.). Определять и использовать цену жизни человека, с одной стороны, выглядит антигуманно и даже кощунственно, но с другой стороны, зная, что невозможно обеспечить абсолютную надежность, принимая или нормируя ту или иную надежность, мы тем самым косвенно производим оценку жизни человека. Такие оценки делаются различными способами. Один из таких косвенных способов заключается в следующем. Во время энергетических кризисов 70-х годов прошлого столетия, когда резко возросла цена на бензин, водители машин были вынуждены понизить скорости движения для повышения эффективности использования бензина. Одновременно с этим было зафиксировано снижение смертей из-за транспортных происшествий. Отношение эффекта, полученного от экономии топлива при снижении скорости движения, к изменению числа погибших в автокатастрофах и дало оценку жизни человека. Имеются и другие косвенные методы. Эти оценки используются при проектировании надежности ядерных установок. В определенной мере на них построен страховой бизнес и др. Обычно для снятия неудобства от такого называния вещи своим именем стараются уйти, заменяя выражение “цена жизни” выражением, например, “оценка сохранения человеческой жизни” и др. Естественно, цена жизни существенно зависит от уровня социально-экономического развития страны. Приведены данные по оценкам “хозяйственной составляющей цены жизни для разных стран (млн. долл. США): -США - 1,5...3; -ФРГ - 0,5...1,0; -Россия - 0,09...0,19. Более поздние оценки стоимости жизни дают существенно увеличенные значения, достигающие 10... 15 млн. долл. Однако в большинстве случаев практикуется нормативный подход. Вид, форма нормативов могут быть самой различной. Могут нормироваться прямо показатели надежности, могут быть нормированы косвенные параметры системы, от которых зависит надежность и т. п. В разных странах находят применение различные формы этих нормативов, исключением может быть лишь один норматив, которому следуют почти во всех странах. Это так называемое правило “n - 1”, означающее, что электроснабжение потребителей не должно нарушаться при отказе одного любого элемента системы. Используемые в нашей стране нормативы сформулированы в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Здесь компромисс между потребителями и производителями разрешается следующим образом. С позиции потребителей, последние (точнее, их токоприемники) подразделены на категории по их важности (что отражает ущербы потребителей в экономическом подходе). Производители же обязаны обеспечивать разные категории потребителей надежностью различной степени, которая формируется разной кратностью резервирования и разной скоростью восстановления трушенного электроснабжения) что отражается, естественно, на экономических показателях энергоснабжающей системы). В соответствии с ПУЭ электроприемники потребителей подразделяются на следующие три категории. I категория- электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства для предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. II категория- электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. III категория - все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий. Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории необходимо предусматривать дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п. Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить необходимой непрерывности технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения. Электроснабжение электроприемников I категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление рабочего режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. Допускается питание электроприемников II категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 сут. допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора. Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 сут. Применение нормативов значительно упрощает выработку решений по обеспечению рациональной надежности, не требует много информации и высокой квалификации в области надежности лица, принимавшего решения. К сожалению, ничего в жизни даром не дается. Нормативы допускают много неточностей, например в критериях отнесения токоприемников к различным категориям. Нечеткость требований к надежности также допускает многовариантность систем энергоснабжения. Однако более существенными дефектами нормативов является то, что, они построены на опыте прошлого, и при проектировании, существенно новых систем энергоснабжения, появляется риск выработки совершенно неверных решений. Кроме того, появление многоукладной экономики в нашей стране, реструктуризация производства могут существенно изменить, требования потребителей к надежности их энергоснабжения, но сравнению с тем, что было отражено в нормативах, полученных совершенно для другой экономики страны. В этих условиях, как это обычно и бывает, “истина” находится где-то между двумя подходами - экономическим и нормативным. Поскольку энергетическая система - многофункциональная система (в том числе - много узлов, от которых осуществляется энергоснабжение различных потребителей), критерий рациональной Надежности можно сформировать как совокупность экономических Компромиссов (для тех узлов питания, для которых это возможно отделить), и нормативных требований (для тех узлов, где экономические расчеты затруднены). 5. ЗАДАЧИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ Задача обеспечения надежного энергоснабжения является задачей целенаправленной деятельности в искусственно выдаваемой системе и поэтому может быть отнесена к управленческой. С этих позиций в самом общем виде эта задача может быть Сформулирована как выработка управленческих решений по определению параметров энергосистемы и их реализация в соответствии с заданными критериями и средствами. Здесь “средства” будем понимать достаточно расширенно. С одной стороны, это методы, при помощи которых решается задача, а с другой - это информация о тех материалах, оборудовании и других ресурсах, которая может быть использована при выработке управленческих решений и которая адекватно отражает характеристики (физические, технические, экономические и др.) располагаемого материала, оборудования и т.д. В связи с этим далее условно будем средства подразделять на методические и инженерные. Очевидно, первым и основным методическим средством должен стать системный подход, который позволяет рассматриваемую весьма сложную и многообразную задачу представить в виде системы подзадач. Подразделение общей задачи на систему подзадач возможно различными способами. Естественным желанием и требованием к такому разделению является обеспечение максимальной независимости получающихся подзадач между собою. Далее представлены возможные подходы такой декомпозиции общей задачи. Если опираться на системный подход и представить рассматриваемый объект как систему II, процессуально, то целесообразно выделить две группы существенных процессов. Первая - физические процессы в объекте: преобразования, передача, распределение, потребление энергии, характеризующие функции объекта, износ и старение, восстановление ресурса, утилизация оборудования, характеризующие использования материала объекта. Вторая группа - управленческие процессы: целеполагание и выработка решений, организация, регулирование, благодаря которым первые (физические) процессы направляются в определенное русло. Такое рассмотрение общей задачи позволяет подразделить ее на подзадачи: изучения и описания физических процессов в объекте; выбора критериев и выработки управленческих решений; реализации управленческих решений. Приложение этих методов к конкретным объектам энергетики будет связано с выбором средств обеспечения надежности, которые рассматриваются ниже, а также будут разбираться во второй части пособия (см. предисловие). Из двух других подзадач с позиции управления фокусирующей является выбор критериев и выработка решений (с учетом решения первой задачи), которая далее и рассматривается. Выбор критериев, которые по смыслу являются моделями целей, осуществляется на этапе целеполагания. В процессе целеполагания происходит балансирование и приведение в соответствие желаний лиц, принимающих решения, с располагаемыми средствами. Состав лиц, принимающих решения, определяется организацией энергетики. Следовательно, и состав решаемых задач прямо зависит от ее организации: состава субъектов, их отношений и т.д. Таким образом, общая задача обеспечения надежности энергоснабжения может быть подразделена, с одной стороны, по составу лиц, принимающих решения в энергетике, а с другой - по составу средств, используемых для этих целей. Методически удобно начать рассматривать декомпозицию задач с анализа средств обеспечения надежности, а затем перейти к субъектному анализу. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ Создание объекта, выполняющего заданные функции, обычно наминается с анализа существенных процессов, которые должны в нем протекать (например, потоки мощностей в электрической сети), и затем подбора материала, который обеспечит протекание этих процессов (например, сечение и материал проводов, передающих ни мощности, конструкции гирлянд опор и т.д.)- Очевидно, от количества и качества материала будет зависеть прочность, долговечность объекта, его способность выдерживать возможные возмущения, перегрузки, т.е. надежность. Обычно объект рассчитывается и изготовляется под определенные заданные нагрузки (токовые, напряжения, механические и т.д.). Предполагается, что если действительные нагрузки не будут превышать расчетных (номинальные), то объект отработает срок своей жизни без отказов. Реально же на объект эпизодический действуют различные возмущения, превышающие номинальные, проявляются скрытые дефекты проекта, изготовления, монтажа, в результате чего происходят отказы объекта до истечения срока его жизни. Для уменьшения этого влияния обычно увеличивают прочность объекта, закладывая определенные запасы. Таким образом, создание запаса прочности в материале объекта является одним из средств повышения надежности. В более общем случае, повышение надежности можно обеспечивать как запасами прочности, так и сырья, продукции и т.п. Однако надежность объекта - системы определяется не только Прочностью и конструкцией материала, из которого изготовлены элементы ее, но и тем, как вообще структурирован материал всей системы. Та же электрическая сеть может быть построена по кольцеобразной, радиальной или смешанной схеме. И во всех этих вариантах сети даже при одинаковых запасах прочности в элементах надежность ее будет различной. Это следует и из известного положения, что структура объекта обусловливает его свойства. Следовательно, определенным образом направленная структуризация объекта при его создании также является средством обеспечения надежности. Если созданием запаса прочности обеспечивается повышение надежности за счет избыточности внутри объекта (элемента), то возможно повышение надежности за счет создания внешней избыточности - резервирования. Резервирование (лат. Reservo-сберегаю, сохраняю) - повышение надежности объекта введением дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения объектом заданных функции. Различают следующие его виды. Структурное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру объекта (например, установка вторых трансформаторов на подстанциях; сооружение вторых цепей линий электропередач, когда пропускная способность первых цепей еще не исчерпана; установка дополнительных - резервных генераторов в энергосистеме и т.д.). Временное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточного времени, выделенного для выполнения объектом заданных функций (напри мер, резервный генератор в энергосистеме по своему прямому назначению используется очень небольшую часть общего времени а остальную часть времени находится в состоянии ожидания отказов работающих генераторов; этот резерв времени может быть использован для повышения надежности в другой, соседней энергосистеме, связанной с первой, когда тот же резервный генератор будет включен для замещения отказавшего здесь генератора). Информационное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточной им формации сверх минимально необходимой для выполнения заданных функций (например, если при отказе и отключении какого-либо элемента электрической сети оставшиеся перегружаются и требуется их срочная разгрузка, то по информации об отключении элемента сети производится отключение части нагрузки исходя из возможном максимальной загрузки сети. Если же информацию об отключении элемента сети дополнить еще и информацией о доаварийной загрузке сети, то после отказа элемента можно отключить нагрузку к меньшем размере, в соответствии с реальной, а не предполагаемом максимальной загрузкой сети). Функциональное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности элементов выполнять дополнительные функции вместо основных или наряду с ними (например, межсистемная линия электропередачи, предназначенная для транспорта электроэнергии из одной системы в другую, может выполнять и другие функции - взаиморезервирование генераторов в этих системах, реализовать эффект совмещения максимумов нагрузок энергосистем и т.д.; трансформаторы на отдельных подстанциях помимо своего основного назначения могут быть использованы и для осуществления плавки гололеда током на проводах и тросах воздушных линий с целью повышения их надежности). Нагрузочное резервирование - метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных. Как правило, здесь временное повышение степени использования (увеличения объема выполняемых функций) осуществляется за счет более быстрого срабатывания ресурса объекта (например, при отказе одного трансформатора допускается временная перегрузка второго). В зависимости от схемы использования резервного элемента в системе различают: общее резервирование, при котором резервируется объект в целом; раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы системы или их группы; скользящее резервирование, при котором группа основных элементов системы резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе (например, передвижной резервный трансформатор на предприятии электрических сетей, привозимый на подстанцию на время ремонта основного трансформатора). В зависимости от режима использования резервного элемента различают: нагруженный резерв, когда резервный элемент находится в том же режиме загрузки, что и основной; облегченный резерв, когда резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной. включенный резерв (в энергетической практике часто называется “горячим резервом”), когда резервный элемент готов в любое время взять на себя функции резервного элемента; невключенный резерв (в энергетической практике часто, называемый “холодным резервом”), когда требуются определенное время для ввода резервного элемента в работу. Для характеристики степени резервирования используется показатель кратность резервирования, как отношение числа резервных элементов к числу резервируемых элементов объекта чисто под кратностью резервирования, например, в электрических сетях, понимается отношение пропускной способности сети после отключения основных элементов к пропускной способности этих элементов. В тех случаях, когда кратность резервирования равна единице, говорят, что имеет место дублирование. Создание резервов, запасов является, как правило, необходимым условием обеспечения надежности систем. Однако степень использования их существенно зависит от системы управления (регулирования). Так равномерная, пропорциональная загрузка различных элементов системы повышает надежность за счет более эффективного использования их ресурса, поскольку сработка ресурса обычно нелинейно зависит от загрузки объекта (например, если два одинаковых трансформатора на подстанции загружать неравномерно, то их суммарный ресурс будет сработан быстрее, чем это имело бы место при их равномерной загрузке). Выявление, предупреждение отказов на основе использования диагностических систем позволяет существенно поднять надежность и уменьшить отрицательные последствия отказов. Время восстановления объекта после отказа прямо зависит от скорости локализации повреждения, от организации и проведения ремонтных работ. От системы управления прямо зависят скорость и объем ввода резервов и степень их использования. Наиболее эффективна здесь автоматизация управления. Таким образом, создание адекватной системы управления является средством обеспечения надежности. Наконец, следует отнести к наиболее эффективным средствам обеспечения надежности - повышение квалификации производственного персонала. Действительно, по статистике до 30 % аварий или их развитие происходит из-за неправильного действия персонала. В итоге средствами обеспечения надежности являются: формирование соответствующей структуры объекта, создание различных резервов, создание запасов (прочности оборудования и д.р.), создание соответствующей системы управления объектом, включающей, в первую очередь, организацию ремонтов, техническую диагностику и автоматизацию, повышение квалификации персонала объекта. В современных, рыночных условиях функционирования предприятий для полноты картины средств обеспечения надежности следует в их состав включить и различные страховые механизмы. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ДЕКОМПОЗИЦИЯ ЗАДАЧИ С управленческих позиций используемые выше отглагольные существительные “создание”, “формирование” означают, прежде всего, выработку решений по параметрам создаваемого объекта, системы. При этом различные средства обеспечения надежности отражаются в различных параметрах объекта. С рассматриваемых позиций представляет интерес провести структуризацию его параметров. Обычно создание объекта начинается с определения структурных параметров, во многом обусловливающих все его свойства. Это параметры, которые задают состав элементов, отношения и связи между ними. При этом элементы, связи задаются своими выходными параметрами (элемент как “черный ящик”). На втором этапе следует определение внутренних параметров элементов (просветление “черных ящиков”), т.е. представление их, и свою очередь, как систем - выявление структурных параметров второго порядка. При необходимости могут определяться структурные параметры третьего и выше порядков (элементов “элементов” и т.д.). После того как найдены все параметры, характеризующие материал объекта, задаются параметры, представляющие режим работы объекта (например, загрузка генераторов, потоки мощности, напряжения в узлах сети и т.д.). Естественно, что структурные параметры объекта в снятом виде должны включать в себя параметры элементов и режимные параметры, точнее, допускать возможность осуществлять необходимые режимы, обусловленные заданными функциями объекта. Аналогично, параметры элементов также должны включать в себя в сжатом виде режимные параметры, допускать их реализуемость. Взаимосвязь всех этих параметров показана на рис. 5.1. В литературе можно встретить так называемую временную иерархию проектирования, планирования, создания объектов, которая определяет последовательность во времени решения задач (например, стратегическое, тактическое, оперативное планирование или долгосрочное, среднесрочное, текущее планирование и др.). Предлагаемая выше декомпозиция параметров отражает ту же суть, но не требует указания сроков, так как для разных объектов эти сроки могут быть самыми различными. Если сопоставить состав средств обеспечения надежности и декомпозицию параметров системы, то можно установить в определенной степени соответствие между ними. Так формирование соответствующей структуры объекта соответствует выявлению структурных параметров его. Во многом эти же параметры обусловливаются и структурным резервированием (в первую очередь общее резервирование). Параметры элементов (структурные параметры второго и последующих порядков) обусловливаются создаваемыми запасами, резервами (раздельными, скользящими), страховыми механизмами. Режимные параметры определяются системой управления (законами регулирования, установками автоматических устройств и т.п.), персоналом, а также использованием страховых механизмов. СУБЪЕКТНАЯ ДЕКОМПОЗИЦИЯ ЗАДАЧИ В условиях рыночной организации энергетики, многосубъектности, с одной стороны, и функционирования электроэнергетики как единого комплекса, с другой стороны, возникают границы между различными подсистемами и соответствующими взаимодействующими субъектами и как следствие - договорные отношения, устанавливающие их права и обязанности, в том числе и обязанности по надежности энергоснабжения. А следовательно, у субъектов появляются задачи по определению и обеспечению выполнения своих обязательств, в том числе и по надежности. Естественно, что это положение должно лечь в основу декомпозиции общей задачи обеспечения надежности. Состав субъектов можно рассмотреть на основе несколько идеализированной схемы (рис. 5.2) управления. Исходя из этой схемы общую задачу обеспечения надежности можно по этому принципу подразделить на задачи: законодательной власти; исполнительной власти; субъектов энергетического рынка: администратора торговой системы (АТС); системного оператора (СО); генерирующих компаний; системообразующей электрической сети; распределительных электрических сетей; сбытовых компаний; потребителей энергии. При этом задачи каждого субъекта подразделяются на внешние и внутренние. Внешние задачи обусловливаются связями субъекта с другими. Здесь определяются те надежностные параметры, которые гарантируются между субъектами, которые закладываются в договорные отношения между ними. Внутренние задачи - выявляют параметры объектов - элементом системы, которые обеспечивают договорные отношения на границах с другими субъектами. В условиях же, когда имеется всего один субъект - государство, вместо этой субъектной декомпозиции использовалась функциональная декомпозиция - решались задачи обеспечения надежности генерирующей части системы, сетевой части системы и т.д. По сути, во многом, решались те же задачи, что и при субъектной декомпозиции, но все по критерию, отражающего интересы одного субъекта - государства. На рис. 5.2 представлена схема, когда все бизнесы в энергетике разделены. В принципе могут быть субъекты, представляющие вертикально интегрированные энергопредприятия (включающие в себя и общем случае генерацию, передачу, распределение и сбыт). Для таких предприятий внутренняя задача обеспечения надежности декомпозируется по функциональному принципу. СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ НАДЕЖНОСТИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ Рассмотренные выше принципы декомпозиции позволяют пронести структуризацию общей задачи надежности. Следуя системному подходу, прежде всего необходимо выделить объект и предмет исследования и по возможности максимально точно обозначить границы. Для этого обратимся к рис. 5.2 и примем за объект исследования систему хозяйствования, ограниченную на рисунке кругом. I ice, что находится вне круга, - это среда изучаемого объекта, которая во многом формируется законодательным и исполнительным органами, определяя в том числе и свойство надежности. Поэтому ниже мы сформулируем и задачи этих органов. Сам объект, достаточно сложный, в свою очередь, представим в виде двух частей: собственно энергетику и другие отрасли хозяйства, а задачи подразделим на внутренние (определение параметров самой энергетики) и внешние (определение параметров взаимодействия энергетики с другими отраслями). В соответствии с таким видением целостности структурируем общую задачу следующим образом (рис. 5.3). Стрелками показана последовательность решения задач, которая в общем случае является итеративной, где используется подразделение их на предварительные и окончательные. Предварительные решения задачи - это решения, которые, с одной стороны, получены в условиях повышенной неопределенности, а с другой - решения, реализация которых еще не требуется (имеется временной запас). Вместе с тем решение таких задач обычно необходимо для обеспечения информацией других задач, связанных с данной. Окончательные решения задач - это решения, реализация которых требуется сразу же (запас времени отсутствует). Задачи, помещенные в таблицу, решаются последовательно сверху вниз и слева направо. Практически обычно все задачи решаются одновременно на основе информации, полученной из последних решений всех остальных задач. Ниже приводится состав характерных, типовых задач надежности в соответствии с приведенной их структуризацией.   ЗАДАЧИ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ВЛАСТИ Разработка и принятие законов и законодательных актов (закон об энергетике, Гражданский кодекс, Указы президента и др.), их последующее улучшение, которые во многом предопределяют организацию энергетики, отношения между субъектами, права, ответственность, нормы и стандарты по надежности, ограничение на использование тех или иных энергоресурсов, энергетическую безопасность страны, регионов и т.д. ЗАДАЧИ НАДЕЖНОСТИ СУБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЫНКА 1.1. Определение: - структура генерирующих мощностей с учетом их надежности; - определение структуры резервов генерирующих мощностей (по виду резервов, их размерам, размещению по энергоузлам системы и т.п.). 1.2. Определение: - единичной мощности агрегатов электростанции с учетом надежности; - схем коммутации оборудования электростанций с учетом надежности; - системы организации ремонтного обслуживания оборудования электростанций. 1.3. Планирование: - режима использования оборудования электростанций с учетом его надежности; - рационального включенного резерва; - сроков и объемов проведения ремонтов оборудования электростанций; - объема топлива на складах электростанций. 1.4. Определение: - требований в том числе и по надежности к оборудованию, поставляемому на электростанции; - требований к ремонтному обслуживанию, осуществляемого внешними организациями.   2.1. Определение структуры системообразующей электрической сети с учетом надежности ее оборудования и степени реализации системных эффектов, в том числе и по надежности (взаиморезервирования и сокращения резервов др.). 2.2. Определение: - параметров линий электропередач (пропускная способность, материал и конструкция с учетом климатических условий прохождения и т.п.), подстанций и коммутационных пунктов (схем коммутаций, управляемости, резервирования аппаратуры, трансформаторов и т.п.); - системы ремонтно-эксплуатационного обслуживания электрических сетей (количество и размещение ремонтно-производственных баз, количество подстанций с обслуживающим персоналом на подстанции, на дому, количество оперативно-выездных бригад и т.п.). 2.3.Планирование: - режимов использования сети с учетом ее надежности, ограничений по пропускной способности; - ремонтных воздействий (объемов, сроков и т.д.). 2.4. Определение требований по надежности к поставляемому в электрические сети оборудованию (к коммутационной аппаратуре: выключателям, разъединителям, отделителям; трансформаторам; компенсирующим устройствам; арматуре; изоляции и т.д.). 3.1-3.4. Эти задачи по форме подобны задачам 2.1-2.4, отличие их – в функциональном значении этих сетей. Кроме того, следует ожидать отличие еще и в том, что за надежность на выходе генерирующей подсистемы и системообразующей сети в конечном сети отвечает системный оператор, а за надежность на выходе распределительной сети отвечает само предприятие электрических сетей. 4.1-4.4. Задачи этого субъекта в настоящее время наименее ясны. Можно предполагать, что одной из главных общих задач здесь будет переупаковка порций энергии, закупаемой сбытовой компанией на оптовом рынке (на спотовом рынке, рынке резервов, балансирующем рынке, на бирже) или прямо у производителей, в свои обязательства перед розничными потребителями. В итоге решения должны быть получены в виде “меню”, в котором розничному потребителю предлагается электроэнергия с разными параметрами (одноставочными, двухставочными и другими тарифами, в том числе с различной надежностью). 5.1-5.4. Суть этих задач будет заключаться в выборе сбытовых компаний и выработке решений по установлению договорных отношений с ней, в том числе и по надежности электроснабжения. Далее, на основе этих оговоренных условий - выработка решений о степени технологического резервирования, размеров запасов и других мероприятий по снижению ущербов от ненадежности на самом предприятии потребителя энергии. Решение всех задач 1.1-5.4 осуществляется на основе экономических и нормативных критериев, на основе функций полезностей соответствующих субъектов. В результате их решения, помимо указанного выше, вырабатываются также правила, инструкции для деятельности персонала в возможных ситуациях. Приведенный перечень задач претендует в какой-то степени на Полноту и целостность при определенных условиях: использование типовых решений, оборудования и т.п. Имеется еще неограниченный круг исследовательских задач. Например, если рассмотренные выше задачи по выбору параметра электропередачи основывались на использовании типовых решений по конструкциям линий электропередач, то могут быть поставлены задачи по разработке новых конструкций линий. Тогда линия должна рассматриваться как система, состоящая из конструкций фаз, изоляции, конструкций опор, различных защитных устройств. Определение параметров каждого из этих элементов - уже новая задача, решаемая с учетом фактора надежности. Аналогична ситуация и с другими типовыми решениями. Так что в общем случае множество задач надежности является открытым.