СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ АСУТП

1. “Современные программно-технические средства и технологии в АСУТП”, ЦИПК - 2010 Антонов А.В. декан факультета, д.т.н., профессор СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ АСУТП • НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ» • ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ) • ФАКУЛЬТЕТ КИБЕРНЕТИКИ

2. План • 1. Введение. • 2. Постановка задачи. • 3. Классификация методов расчета и типов данных, поступающих на обработку. • 4. Основные расчетные соотношения для определения единичных показателей надежности электрооборудования СУЗ. • 5. Пример расчета • 6. Заключение. • 7. Публикации.

3. Введение • Системный анализ надежности является важным этапом в процессе управления качеством эксплуатации энергоблока. Главными составляющими системного анализа надежности технического объекта являются технологический анализ истории эксплуатации объекта и количественный анализ его безотказности и ремонтопригодности. Количественный анализ позволяет оценить • достигнутый уровень надежности, • получить прогностические оценки показателей надежности для специалистов, принимающих управляющие решения по обеспечению безопасности, • повышению экономичности, • совершенствованию стратегий технического обслуживания и ремонта (ТОиР).

4. Распределение энергоблоков по годам эксплуатации

5. Постановка задачи • Для решения задачи оценки характеристик надежности, в первую очередь может быть использована информация, получаемая на этапе реальной эксплуатации объектов. • Негативной стороной эксплуатационных наблюдений является малый объем статистических данных. • В эксплуатации находятся высоконадежные объекты, отказы которых события редкие. • Количество однотипных объектов, находящихся под наблюдением мало.

6. Постановка задачи • Ввиду указанных особенностей, возникающих при анализе эксплуатационной информации, перед системными аналитиками встают проблемы достоверного оценивания характеристик надежности.

7. Источники информации • Наиболее полно специфику функционирования элементов СУЗ отражает эксплуатационная информация. Основными источниками статистических данных о дефектах и отказах устройств являются: • журналы дефектов, которые ведутся в соответствии с правилами технической эксплуатации энергоблоков; • акты расследования нарушений в работе АЭС, составляемые по результатам расследований нарушений по положению [1]; • паспортные данные оборудования; • сведения о плановых ремонтах; • статистические данные о наработках оборудования; • сведения о выводе оборудования из эксплуатации; • ежегодные отчеты и справки о состоянии оборудования, базы данных исследовательских организаций (в частности, ВНИИАЭС). • [1] НП-004-097 (ПНАЭ Г-12-005-97) Положение о порядке расследования и учета нарушений в работе атомных станций. -М.: Изд-во Межрегиональный центр отраслевой информатики Госатомнадзора России, 1998.

8. Этапы исследования надежности оборудования

9. Классификация методов расчета

10. Продолжение классификации

11. Классификация эксплуатационной информации: • данные представлены в виде полных наработок, • в виде цензурированных выборок (цензурирование справа, слева, интервалом), • в виде данных с пропусками, • в виде совокупности отказов распределенных по интервалам работоспособности, • возможные сочетания указанных разновидностей представления данных.

12. Схемы представления эксплуатационной информации Отказы, распределенные по интервалам работоспособности Данные с пропусками Цензурированные данные Полные наработки до отказа 12

13. Основные расчетные соотношения для определения единичных показателей надежности электрооборудования СУЗ Рассмотрим расчетные соотношения для определения следующих единичных показателей надежности: • интенсивность отказа элементов (с вычислением доверительных границ); • вероятность безотказной работы; • среднее время безотказной работы элемента; • параметр потока отказов (с применением гистограммного и ядерного способов его оценки). Также в ходе анализа проводится оценка остаточного ресурса элементов СУЗ и проверяется гипотеза о выработке ресурса.

14. Интенсивность отказов – функция, отражающая уровень работоспособности объекта Наиболее информативной функцией, по виду которой можно судить о работоспособности оборудования, для невосстанавливаемых объектов является функция интенсивности отказов (t), для восстанавливаемых – параметр потока отказов . На практике интенсивность отказов представляют как аддитивную суперпозицию двух функций: 1(t)  функция интенсивности внезапных отказов, 2(t)  функция интенсивности постепенных отказов.

15. Интенсивность отказов – функция, отражающая уровень работоспособности объекта

16. Интенсивность отказов – функция, отражающая уровень работоспособности объекта Функция интенсивности внезапных отказов основной вклад вносит на начальных этапах функционирования объектов (период приработки). Функция интенсивности постепенных отказов вносит вклад на завершающем этапе функционирования, когда в конструкции объекта происходит существенное накопление дефектов, повреждений, обусловленных старением материалов. В практике эксплуатации оборудования стоит задача определения момента, начиная с которого процессы старения приобретают катастрофический характер.

17. Интенсивность отказов – функция, отражающая уровень работоспособности объекта

18. Интенсивность отказов – функция, отражающая уровень работоспособности объекта На данном рисунке полный эксплуатационный период условно разбит на 4 зоны: • I - зона “приработки” и опытной эксплуатации; • II- зона “нормальной” эксплуатации в соответствии с требованиями нормативной и проектной документации; • III- зона “физического старения”, характеризующаяся ростом интенсивности отказов, проявлением накопления различных дефектов ввиду старения элементов системы; • IV- зона “прекращения” эксплуатации системы в “прежнем виде”.

19. Интенсивность отказов – функция, отражающая уровень работоспособности объекта Рисунок 3 - Теоретическое изменение Рисунок 3 - Теоретическое изменение Рисунок 3 - Теоретическое изменение Рисунок 3 - Теоретическое изменение

20. Расчет единичных показателей надежности.(Экспресс-анализ) При расчетах предполагается экспоненциальный закон распределения. Показатели надежности элементов рассчитываются с помощью следующих соотношений: • Интенсивность отказа элементов m  =------------- Nt0 где m - количество отказов за время t0 , N - общее количество элементов данного наименования, t0 - период эксплуатации ( в часах).

21. Расчет единичных показателей надежности. (Экспресс-анализ) Доверительные границы для оцениваемого параметра вычисляются по формулам: 2(1 - 1 , 2 m) 2( 2 , 2 m + 2) н=--------------------------- , в= -------------------------- , 2 N T 2 N T где индекс «н» обозначает нижнее, а «в» - верхнее значение доверительного интервала, 1 - вероятность события н , 2 – вероятность события в , - вероятность события нв, =1+2-1.2(s,r) - квантиль 2распределения с параметром s и числом степеней свободы r.

22. В случае отсутствия отказов за время наблюдения определяется лишь верхняя оценка параметра • r0 в = ----------- , T * N где: r0 - коэффициент, зависящий от уровня значимости (1-). В простейшем случае распределение отказов коэффициент r0 определяется по формуле: r0 = - ln() Доверительные вероятности принимались равными 1=2=0.95.

23. Расчет единичных показателей надежности. (Экспресс-анализ) 2. Вероятность безотказной работы элемента за период времени t0 час (в расчетах принимали t0=8000). P(t )=exp{- срt0 } 3. Среднее время безотказной работы элемента

24. Ядерная оценка плотности распределения

25. Ядерная оценка плотности (цензурированные данные)

26. Ядерная оценка плотности (цензурированные данные)

27. Ядерная оценка плотности (цензурированные данные)

28. Оценка плотности распределения на основании данных с пропусками Данные с пропусками

29. Оценка плотности распределения на основании данных с пропусками

30. Оценка плотности распределения на основании данных с пропусками

31. Оценка плотности распределения на основании данных с пропусками • Для обеспечения сходимости оценок полученную плотность распределения можно использовать для нового моделирования пропущенных данных. Далее необходимо заменить в выборке смоделированные на предыдущем этапе наработки наработками, полученными на данном этапе. Описанную процедуру можно повторить несколько раз, пока не получится оптимальная оценка плотности распределения.

32. Оценка плотности распределения на основании данных с пропусками

33. Параметр потока отказов

34. Параметр потока отказов

35. Остаточная наработка

36. Фрагмент таблицы данных

37. Интенсивность отказов элементов СУЗ λ, 1/ч

38. Наработка на отказ элементов СУЗ – T0, годы

39. Графики поведения показателей надежности

40. Графики поведения показателей надежности

41. Графики поведения показателей надежности

42. Графики поведения показателей надежности

43. Заключение. • Разработаны непараметрические методы оценки цензурированных данных и данных с пропусками. • Учёт цензурированной информации и данных с пропусками повышает точность оценивания. • Демонстрируемые методы обработки статистической информации применялись при решении конкретных задач по выработке управляющих воздействий по обеспечению безопасности, повышению экономичности, совершенствованию стратегий технического обслуживания и ремонта (ТОиР), включая перепланирование ремонтных циклов и корректировку запасов материально-технических ресурсов (МТР), на основании данных реальной эксплуатации.

44. Публикации • 1. Программа-методика работ по обследованию технического состояния и управления ресурсными характеристиками электрооборудования СУЗ Билибинской АЭС с целью продления установленных сроков службы. КОНЦЕРН «РОСЭНЕРГОАТОМ» 2000 • 2. МЕТОДИКА «Определение показателей надежности элементов системы контроля, управления и защиты реакторов канального типа» (РД ЭО 0000 – 04) КОНЦЕРН «РОСЭНЕРГОАТОМ» 2004 • 3. МЕТОДИКА и ТИПОВАЯ ПРОГРАММА Оценки технического состояния и остаточного ресурса комплекса электрооборудования системы управления и защиты ядерных установок типа ВВЭР (РД ЭО 0294 – 01) (Изменение № 1) КОНЦЕРН «РОСЭНЕРГОАТОМ» 2004

45. Публикации • [1] Антонов А.В. Системный анализ. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа. 2006г. 454 с. • [2] Антонов А.В., Чепурко В.А. Построение непараметрической плотности распределения на основании цензурированной информации. //Надежность. №2. 2005г. С. 3-13. • [3] Антонов А.В., Зюляева Н.Г., Чепурко В.А. Исследование метода ядерной оценки плотности распределения. //Надежность. №1, 2007 г., с.3-12. • [4] Антонов А.В., Зюляева Н.Г., Чепурко В.А. Результаты исследования метода вейвлет-оценки плотности распределения. //Надежность. №4. 2007г. С. 19-29. • [5] Антонов А.В., Зюляева Н.Г., Чепурко В.А., Белоусов А.Я., Таратунин В.В. Статистический анализ эксплуатационной надежности электронасосных агрегатов ЦН 60-180 реакторов ВВЭР-1000 методами ядерного оценивания. //Известия вузов РФ. Ядерная энергетика. №3, 2009. c.5-14. • [6] Антонов А.В., Зюляева Н.Г., Чепурко В.А., Белоусов А.Я., Таратунин В.В. Статистический анализ эксплуатационной надежности электронасосных агрегатов ЦН 60-180 реакторов ВВЭР-1000 методами корневого оценивания. //Автоматика и телемеханика.. №7, 2010, с. 160-172.

46. Публикации • [7]Антонов А.В., Поляков А.А., Родионов А.Н. Учет эффекта старения при анализе надежности и безопасности энергоблоков АС. //Известия вузов РФ, Ядерная энергетика, № 2, 2008 г. С. 10-20. • [8] Антонов А.В., Соколов С.В., Чепурко В.А.Оценка остаточного ресурса невосстанавливаемых элементов электрооборудования СУЗ реактора РБМК-1000 1 блока Смоленской АЭС //Известия вузов РФ. Ядерная энергетика., №3 Выпуск 1, 2007 г. С. 38-44. • [9] Antonov A.V., Poliakov A. A. One Statistical Age-Dependent Reliability Model in Operating of Nuclear Power Plant Equipment July 1 - 4, 2007. MMR’ 2007. International Conference on Mathematical Methods in Reliability. “Methodology, Practice and Interference”. Glasgow, GB. 2007 • [10] Antonov A.V., Chepurko V. A., Polyakov A., Rodionov A. Application of Generalized Linear Model for time-dependent trend assessment — a case study for the Ageing PSA Network. Reliability Engineering and System Safety, vol. 94, N 6, 2009, p. 1021-1029. • [11] Antonov A.V., Belova K., Chepurko V.On one method of reliability coefficients calculation for objects in non-homogeneous event flows./ Mathematical and Statistical models in reliability. Applications to medicine, finance and quality control. –Birkhauser, Boston, Basel, Berlin. -2010. -p. 51-67.

47. “Современные программно-технические средства и технологии в АСУТП”, ЦИПК - 2010 Спасибо за внимание