«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Модель оптимизации структурной надежности при финансовых ограничениях

УДК: 519.718.2
DOI: 10.33285/2782-604X-2023-8(601)-31-38

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия

Ключевые слова: надежность, структурная надежность, структурная схема, логико-вероятностный метод, СДНФ, теория графов, матрица смежности, распределение Вейбулла – Гнеденко, резервирование, генетический алгоритм, техническое обслуживание и ремонт, безопасность

Аннотация:

В последние десятилетия наблюдается постоянный рост востребованности надежности как науки в силу постоянного усложнения структур технических систем, увеличения числа элементов, появления множественных связей. Из-за ограничений на доступные финансовые средства возникает проблема подбора лучшей конфигурации элементов технической системы с заданными показателями надежности и безопасности. Цель исследования. Разработка модели оптимизации структурной надежности технической системы при заданных ограничениях на финансы. Методы. Применяются методы теории графов для описания и проверки работоспособности структурных схем надежности. Методы математической логики, в частности совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ), позволяют рассчитать надежность структурной схемы определенной конфигурации. Для описания работы элементов используются методы математической статистики и резервирования теории надежности. Решение оптимизационной задачи подбора числа резервных элементов структурной схемы осуществляется с помощью генетического алгоритма. Результаты. Описана модель оптимизации структурной надежности при ограничениях. Рассмотрен частный случай подбора конфигурации структурной схемы надежности системы при установленных ограничениях на финансы. Приведено описание общей многокритериальной оптимизационной задачи для выбора стратегий технического обслуживания и ремонта на основе структурных схем надежности. Представлено направление дальнейшего развития модели. Практическая значимость. Модель позволяет проводить расчеты надежности при ограничениях реальных технических объектов нефтегазовой отрасли. Практическая реализация на ЭВМ может быть выполнена отдельным приложением или быть встроена в программные комплексы исследования надежности.

Список литературы:

1. Григорьев Л.И. К теории автоматизированного диспетчерского управления // Тр. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. – 2012. – № 3(268). – С. 124–130.
2. Абрамов О.В. Актуальность проблемы обеспечения надежности // Надежность и качество сложных систем. – 2014. – № 3(7). – С. 3–7.
3. ГОСТ Р МЭК 61078-2021. Надежность в технике. Структурная схема надежности = Dependability in technics. Reliability block diagrams: утв. приказом Федер. агентства по техн. регулированию и метрологии от 21 сент. 2021 г. № 989-ст. – Введ. 2022–01–01. – М.: Российский ин-т стандартизации, 2023. – IV, 90 с. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200180919 (дата обращения 26.06.2023).
4. Харионовский В.В. Надежность магистральных газопроводов: становление, развитие и современное состояние // Газовая пром-сть. – 2019. – № 1(779). – С. 56–68.
5. Газоперекачивающий агрегат. – ООО "Газпром трансгаз Ставрополь". – URL: https://stavropol-tr.gazprom.ru/press/proekt-azbuka-proizvodstva/gazoperekachivayushchij-agregat/ (дата обращения 26.06.2023).
6. Волков Д.А., Астафьева А.А. Разработка модели анализа экономических показателей надежности на примере системы управления блоком фракционирования // Губкинский университет в решении вопросов нефтегазовой отрасли России: тез. докл. VI Регион. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию М.М. Ивановой, М., 19–21 сент. 2022 г. – М.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2022. – С. 748–749.
7. Анализ данных в системе ранней диагностики технического состояния технологических объектов / Г.С. Вересников, В.Г. Лебедев, Н.А. Егоров, А.М. Тупысев // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2018. – № 4. – С. 43–50. – DOI: 10.30713/0132-2222-2018-4-43-50
8. Острейковский В.А., Антонюк П.В., Антонюк А.В. Анализ работоспособности и надежности мобильных буровых комплексов по статистическим данным при эксплуатации в условиях Западной Сибири // Надежность и качество сложных систем. – 2018. – № 3(23). – С. 23–31. – DOI: 10.21685/2307-4205-2018-3-4
9. ГОСТ Р 27.102-2021. Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения = Dependability in technics. Dependability of item. Terms and definitions: утв. приказом Федер. агентства по техн. регулированию и метрологии от 8 окт. 2021 г. № 1104-ст. – Введ. 2022–01–01. – М.: Российский ин-т стандартизации, 2021. – IV, 36 с. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200181141 (дата обращения 20.05.2023).
10. Харари Ф. Теория графов / пер. с англ. и предисл. В.П. Козырева; под ред. Г.П. Гаврилова. – Изд. 2-е. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 296 с.
11. Математические модели информационных процессов и управления: учеб. для вузов / Л.А. Овчаров, В.С. Битюков, В.М. Волков [и др.]. – М.: Недра, 2001. – 247 с.
12. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 704 с.
13. Острейковский В.А. Теория надежности: учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2003. – 463 с.
14. Birolini A. Reliability Engineering: Theory and Practice. – Ed. 7th. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2014. – XV, 626 p. – DOI: 10.1007/978-3-642-39535-2
15. Катулев А.Н., Северцев Н.А. Исследование операций: принципы принятия решений и обеспечение безопасности. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. – 318 с.
16. Степин Ю.П. Выбор стратегий обслуживания технологического оборудования на объектах нефтегазовой отрасли в условиях неопределенности и риска // Тр. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. – 2016. – № 1(282). – С. 106–121.
17. Степин Ю.П. Компьютерная поддержка формирования, многокритериального ранжирования и оптимизации управленческих решений в нефтегазовой отрасли. – М.: Недра, 2016. – 421 с.
18. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Генетические алгоритмы / под ред. В.М. Курейчика. – 2-е изд., исправл. и доп. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 368 с.
19. Волков Д.А., Селезнев Е.А. Разработка приложения для исследования надежности системы на основе марковских процессов // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2022. – № 5(586). – С. 41–48. – DOI: 10.33285/2782-604X-2022-5(586)-41-48
20. Волков Д.А. Модель оценки надежности многоуровневой автоматизированной системы диспетчерского управления транспортом газа // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2016. – № 12. – С. 20–23.