Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 5 )

 

Длительность миграции определяется двумя величинами: длительностью сборки базовой части и временем переноса файла с разностью состояний. В приведенных выше результатах размер файла с разностью состояний был равен 10 МБ, против 500 МБ базовой части. Поэтому вторая величина вносила в длительность миграции слабый вклад. На рис. 5 показано изменение этого вклада при изменении размера файла с разностью состояний. По оси Y отложен процент точек, в которых .

При размерах файла с разницей состояний, больших 180 МБ, его копирование на целевую машину вносит основной вклад в длительность всего процесса. Это подчеркивает эффективность двухэтапной схемы миграции по сравнению с обычным переносом всего виртуального сервера с текущего компьютера на целевой. Моделирование позволяет также выбрать оптимальный размер файла с разницей состояний (он определяется частотой обновления базовой части виртуального сервера в системе).

Заключение

Задача о длительности миграции виртуального сервера в распределенной системе решена в работе в рамках двух математических моделей. В первой полностью имитируется процесс миграции, строится выборка ее длительности, как случайной величины. По выборке строится эмпирическая функция распределения. Во второй для длительности миграции теоретически рассчитываются вероятности принимать ряд конкретных значений. Эти вероятности фактически и образуют плотность распределения длительности.

Реализация обеих моделей продемонстрирована на конкретном примере. Результаты показали различие применяемых моделей и сводимость одной к другой при определенных условиях. Вцелом более предпочтительно выглядит имитационная модель. Она гибче, учитывает больше случайных параметров, и, поэтому, ближе к реальной ситуации.

Помимо прочего, моделирование позволяет прослеживать зависимость результатов миграции от входных параметров и на основе этой информации выбирать их оптимальные (для минимизации длительности миграции) значения.

Литература

1. http://research. /~antr/PAST/SplitStream-sosp. pdf.

2. Pinheiro E. Truly-Transparent Checkpointing of Parallel Applications // Federal University of Rio de Janeiro, UFRJ, 2002.

3. ftp://ftp. inria. fr/INRIA/publication/publi-ps-gz/RR/RR-5755.ps. gz.

4. http://openvz. org.

5. http://www. xen. org

6. http://www. .

7. Хасин  распределенного хранилища в глобальной сети. // Дис. на соис. уч. ст. к. ф.-м. н. – М.: МФТИ, 2001.

8. Castro M., Druschel P., Kermarrec A., Nandi A., Rowstron A., Singh A. SplitStream: High-Bandwidth Multicast in Cooperative Environments., Microsoft Research, Rice University, 2004.

9. Петров В. А., Тормасов  пропускной способности соединений на длительность поиска в регулярных графах // В сб. науч. тр.: Моделирование процессов обработки информации. – М.: МФТИ, 2007.

Автор

– аспирант МФТИ, преподаватель кафедры информатики МФТИ.

Россия, 2/2, к. 420.

Тел: 78. E-mail: *****@***ru, *****@***ru .

– зам. зав. каф. информатики МФТИ, д. ф.м. н., доцент

E-mail: *****@***com

,

Метрологическое обеспечение
испытательных ударных установок

Современные тенденции развития машино - и приборостроения включают в себя повышение устойчивости изделий к воздействию различных влияющих величин, в том числе – вибрации и ударов,
при одновременном уменьшении весовых и габаритных показателей. Для достижения этой цели, наряду с использованием расчетных соотношений, необходимо экспериментальное определение вибрационных и ударных характеристик элементов изделия (а иногда – и изделия в целом), проверка устойчивости и прочности их по отношению к вибрационным и ударным воздействиям.

В обеспечении качества промышленных изделий важную роль играют точность воспроизведения параметров вибрации и ударов, а также метрологические характеристики (МХ) используемых средств измерений (СИ). Очевидно, что гарантия качества СИ, применяемых в составе ударных и вибрационных ударных испытательных установок, обеспечивается их поверкой или калибровкой, а точность воспроизведения параметров вибрации и ударов – аттестацией испытательных установок. Вопросы, касающиеся аттестации вибрационных испытательных установок, рассмотрены в [1].

К основным проблемам метрологического обеспечения ударных испытательных установок, которые необходимо учитывать метрологическим службам, испытательным лабораториям и центрам испытаний при их аттестации относятся следующие: неопределенность номенклатуры метрологических характеристик ударных установок, отсутствие узаконенных программ и методик аттестации ударных установок, назначение интервала времени периодической аттестации.

Номенклатура МХ ударных установок

Испытательные ударные установки как выпускаемые отечественной промышленностью, так и импортные не содержат в технической документации многие важные МХ, а некоторые приведенные данные зачастую существенно отличаются от действительных. Возникает это из-за того, что для многих видов испытательного оборудования отсутствуют нормативные документы, а выпускаемое испытательное оборудование, как правило, не проходит государственные испытания [2].

К основным параметрам испытательных ударных установок, которые необходимо отражать в нормативной документации, следует отнести МХ, обеспечивающие задание диапазонов:

1. По пиковому ускорению.

2. По грузоподъемности установки.

3. По длительности ударного ускорения.

Значения длительностей связаны с пиковым значением ускорения соотношением:

∆V = χ ·αп·τ,

где ∆V – приращение скорости платформы с изделием, м/с; χ – коэффициент, зависящий от формы кривой; αп – пиковое значение ускорения, м/с2; τ – длительность, с.

Максимально возможное приращение скорости ∆V является одной из важных характеристик установки и не может превосходить некоторого значения. Поэтому максимальная длительность достигается при малых значениях пикового ускорения и наоборот.

Ударные испытательные установки нормируются также по следующим показателям:

4. Характеристика формы кривой (число периодов наложенных колебаний и т. д.).

5. Уровень нерабочих составляющих движения.

Поперечные составляющие движения ударных установок проявляются в наибольшей степени при малой длительности ударов.

6. Неоднородность поля ускорений на платформе.

Последние три характеристики в большей степени зависят от вида и способа крепления изделий, особенно если масса изделий близка к максимально возможной.

Кроме того, в ударных установках должны нормироваться потребляемая мощность, частота или период повторения ударов.

Отклонение указанных характеристик от уровня требований или отсутствие их в нормативной документации приводит к получению ошибочных результатов при испытаниях изделий.

Программы и методики аттестации ударных установок

Аттестация ударных испытательных установок заключается в исследовании параметров ударного ускорения, воспроизводимого установкой в предусмотренных технической документацией режимах, и определении соответствия частоты следования ударов установки паспортным данным. Основным документом, регламентирующим методику аттестации ударных испытательных установок, является
МИ 49-75, в котором приведены типовые формы кривых, получаемые на ударной испытательной установке (рисунок 1), и методика оценки их параметров.

Рисунок 1

Параметры ударного ускорения установки определяются с помощью пьезоэлектрического датчика, закрепленного к испытательной оснастке, на которую монтируется испытуемое изделие. В процессе воздействия удара изменяется заряд датчика, который преобразуется в напряжение усилителем заряда и регистрируется запоминающим осциллографом и фотоаппаратом. При этом достаточно сложная форма кривой (рисунок 1) оценивается визуально по осциллограмме или фотографии и характеризуется одним из выражений: близкая к полусинусоидальной, искаженная полусинусоидальная, сдвоенный удар, строенный удар, искаженная полусинусоидальная с наложенными колебаниями и т. д.

В настоящее время существует большое количество преобразователей ударных ускорений с унифицированными выходными сигналами (ВЭДС-100, ВЭДС-200, ВЭДС-400, ВЭДС-1500, “Bruel & Kjaer Vibro GmbH” (Германия), “Ling Dynamic Systems” (Англия), “Instron” (Англия), “Rotadata” (Англия) и др.), измерительных систем (VibrationVIEW (США), УС (ООО “Вибротестсервис”, Россия), АСУ ИВУ-1-004 (НПФ “МИТО” г. Гатчина Ленинградской области) и др.), позволяющих автоматизировать процесс измерений, регистрации параметров ударных установок и проводить анализ формы кривой. В качестве примера на рисунке 2 представлен один из вариантов регистратора параметров ударного ускорения РПУ-1 ( “МИТО” г. Гатчина Ленинградской области ).

Рисунок 2

В данной системе регистрация ударного импульса осуществляется путем преобразования аналогового сигнала, снимаемого с пьезоэлектрического акселерометра, в цифровой код с помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя и занесения его в буферное оперативное запоминающее устройство.

На экране дисплея индицируется форма ударного импульса, электронная шкала, границы допусков стандартных форм импульсов (пилообразная, трапециидальная, полусинусоидальная и т. д.) или любой из ударных спектров. Графическое представление импульса сопровождается цифровым отображением измеряемых параметров. При регистрации ударного импульса обеспечивается запись предыстории процесса длительностью 40 % от номинальной.

При разработке ударных испытательных установок также необходимо предусматривать наличие канала регистрации и записи параметров ударной установки для аттестации установки, возможность автоматической калибровки датчика.

Очевидно, что [3] требует кардинальной переработки, так как не учитывает особенности работы автоматизированных испытательных ударных стендов нового поколения. С другой стороны, даже новый документ, разработанный с учетом современных требований, не учтет в полной мере всех особенностей ударных установок различных типов. Поэтому целесообразно разрабатывать методики аттестации для конкретных типов установок.

Назначение интервалов времени периодической аттестации

Периодичность аттестации зависит от стабильности установки. Как правило, для испытательных установок интервалы времени периодической аттестации устанавливают от полугода до года. Однако существует ряд факторов, влияющих на стабильность ударных установок в процессе эксплуатации: правильность монтажа (устройства закрепления, фундамент, масса грунта и т. д.), исправность и качество прокладок или иных устройств, тормозящих платформы и испытываемое изделие, состояние механической системы ударной установки (наличие люфтов и боя в направляющих, перекосы платформы и т. д.), стабильность СИ, входящих в состав ударной установки и применяемых для ее аттестации.

Если вопросы корректировки межповерочных и межкалибровочных интервалов СИ в зависимости от стабильности их МХ достаточно проработаны, то для определения периодичности аттестации ударных установок кроме указанных выше факторов необходимо учитывать условия и интенсивность их эксплуатации.

ФГУП “НИИЭМП” специализируется на выпуске изделий электронной техники, которые согласно комплексу государственных стандартов подвергаются воздействию одиночных и многократных ударов. Испытания проводятся на ударных установках СУМ-1 и УУЭ 20/200. Для аттестации данных стендов была разработана методика, основанная на применении современных СИ, таких как: пьезодатчики типа Д 30/1000 с согласующим усилителем, осциллограф АСК-3107 на основе персонального компьютера. Были определены значения ударных ускорений при различных массах испытуемых грузов, установлены длительности ударных импульсов, а также число ударов в минуту при многократных воздействиях.

Внедрение разработанной методики позволило повысить достоверность результатов аттестации, устранить субъективные ошибки оператора и существенно сократить время аттестации.

Литература

1 Титов  подходы к проектированию и аттестации вибрационных установок. // В сб. докл. IV межд. науч.-техн. конф.: Метрологическое обеспечение измерительных систем. – Пенза, 2007. – С. 212–216.

2 ПР 50.2.009-94. ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений.

3 МИ 49-75. Методика аттестации ударных испытательных установок.

Авторы

– инженер по наладке и испытаниям ФГУП “НИИЭМП”.

, к. т.н. – начальник лаборатории метрологического обеспечения ФГУП “НИИЭМП”.

Россия, Пенза,

Тел. (841, .

Бойко СВ.,

Логико-вероятностная оценка
безопасности услуг энергоснабжения потребителей

Действующий на территории Российской Федерации закон “О техническом регулировании” (далее – ФЗ) регулирует отношения, возникающие при: разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации; разработке, принятии, применении и исполнении на добровольной основе требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнению работ или оказанию услуг; оценке соответствия [1].

Данный закон фактически разделил понятие “качество” на две основные составляющие: безопасность и потребительские свойства качества. Причем, главный акцент делается на обеспечение производителем продукции (исполнителем услуги) именно на безопасность продукции (услуги).

Понятие “безопасность” трактуется ФЗ как “состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений” [1].

В свою очередь, “риск” определен как “вероятность причинения вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений с учетом тяжести этого вреда” [1].

Из сказанного следует необходимость в количественных оценках риска, следовательно, и безопасности. Риск является математическим ожиданием причиняемого ущерба и определяется как произведение вероятности неблагоприятного события (аварии, катастрофы и т. д.) и ожидаемого ущерба в результате этого события [2, 3]:

. (1)

Из выражения (1) следует, что задача оценки риска сводится к решению двух вопросов:

1 определение вероятности возникновения ущерба, вызванного неблагоприятным событием;

2 оценка ожидаемого ущерба.

Классические подходы определения вероятности наступления неблагоприятного события основаны на теории вероятностей и используют подходы, применяемые в теории надежности. Однако применительно к услугам энергоснабжения возникает проблема, связанная с отсутствием статистических данных о возникновении неблагоприятных событий (а, следовательно, и ущерба), вызванных отступлением от нормативных и технологических правил и норм при оказании услуг.

В условиях неопределенности или неполной информации для сложных систем характерна возможность весьма сложных (многократных) комбинаций событий, вероятность каждой из которых мала, а в сумме таких “невероятных” событий набирается немало. Модели для учета возможных комбинаций подобных событий, построение которых основано на применении классических подходов, слишком сложны, громоздки и плохо применимы на практике. Кроме того, использование данных моделей повышает вероятность неучета ряда комбинаций [3–5].

Данную проблему можно решить, используя логико-вероятностные методы (ЛВМ) исследования, основанные на логико-математическом исчислении (булева алгебра) [4, 5].

ЛВМ являются частью логико-вероятностной теории безопасности (ЛВТБ). Под ЛВТБ (JIB-теория) понимаются основные знания по расчетам вероятности возникновения неблагоприятных событий, базирующиеся на логическом представлении развития опасных состояний и математических методах вычисления алгебры логики. ЛВТБ позволяет объективно выявлять наиболее опасные места, причины и инициирующие условия. Достоинством ЛВТБ является её работоспособность и в отсутствии исходных вероятностей инициирующих событий, что, как правило, является принципиальной трудностью при количественной оценке опасности редких событий (из-за отсутствия устойчивости частот у многих инициирующих условий). Детерминированная логическая модель позволяет выявить наиболее выгодные комбинации инициирующих условий, защита от которых предотвращает попадание системы в опасное состояние [4, 5].

Для построения логико-вероятностных моделей (ЛВ-моделей) используется ряд инструментов, рекомендованных в частности в [2–5]. Методология применения данных инструментов описывается в комплексе государственных стандартов «Менеджмент риска».

Для определения вероятности возникновения ущерба в результате оказания услуг энергоснабжения с учетом рекомендаций, изложенных в [6], наиболее подходящим методом является анализ “дерева неисправностей” (FTA-анализ). В соответствии с [6] FTA-анализ относится к основным методам анализа надежности и безопасности и принадлежит к группе методов анализа архитектуры систем и распределения надежности и безопасности, являясь нисходящим (дедуктивным) методом, исследующим последствия комбинаций факторов.

FTA-анализ является одним из методов структурного анализа. Построение “дерева”, по сути, является составлением сценария риска. Методологическую основу данного метода можно охарактеризовать следующими положениями [5]:

– данный метод использует простые (бинарные) случайные события с двумя несовместными исходами (выполнено - не выполнено действие; соблюден - не соблюден техпроцесс и т. д.);

– основным способом постановки задачи является построение структурной модели (схемы) риска функционирования исследуемой системы или сценария возникновения ущерба;

– математической базой моделирования выступает алгебра логики;

– на основе логической модели определяются различные виды расчетных вероятностей или других моделей количественной оценки различных свойств риска исследуемой системы;

– на основе логических и расчетных вероятностных моделей определяются значения показателей риска функционирования системы и реализуются методики выработки и обоснования исследовательских, проектных, эксплуатационных и других управленческих решений.

В целях проведения FTA-анализа необходимо построение модели безопасности услуги, для чего воспользуемся номенклатурой показателей безопасности услуги энергоснабжения, представленной на рис.1.

1 – точность оказания услуги; 2 – квалификация персонала; 3 – полнота оказания услуги; 4 – характеристика материалов; 5 – характеристика технологического оборудования; 6 – характеристика СИ; 7 – уровень автоматизации.

Рис. 1 Номенклатура показателей безопасности
услуг энергоснабжения потребителей

В общем виде “дерево неисправностей” для услуги энергоснабжения представлено на рисунке 2.

Переключатель “или” говорит о том, что результирующее событие происходит в том случае, если происходит любое из инициирующих событий либо в единственном числе, либо в любом из сочетаний [6, 7].

 

Рис. 2. “Дерево неисправностей” для услуг энергоснабжения

Знак “вход в блок” означает, что инициирующие результирующего события определяются на отдельном поддереве.

Т. к. результирующее событие («возникновение ущерба») связано с инициирующими переключателем “или”, то в соответствии со сценарным логико-вероятностным моделированием и методами алгебры логики [4, 5, 8] общую вероятность возникновения ущерба в соответствии с “деревом неисправностей”, представленном на рисунке 2, можно определить через уравнение дизъюнкции (логического сложения) вероятностей инициирующих событий:

(2)

или

, (3)

где – вероятности наступления соответствующих инициирующих событий; i - количество инициирующих событий.

Для построения модели риска услуги энергоснабженияс целью его количественной оценки с учетом рекомендаций [6] оптимально применим анализ “дерева событий” (ЕТА-анализ). ЕТА-анализ относится к основным методам анализа надежности и безопасности и принадлежит к группе методов анализа архитектуры систем и распределения надежности и безопасности, являясь восходящим (индуктивным) методом, исследующим последствия возникновения единичных факторов.

Данный метод в применительно к ЛВМ имеет ту же методологию, что и FTA-анализ. В данном случае, анализ “дерева событий” является завершением построения сценария возникновения ущерба от услуг энергоснабжения и служит для непосредственной оценки риска.

Проведенные в ходе работы исследования показали, что на риск влияют три фактора:

– интенсивность запросов безопасности объекта; [9]

– наличие и техническое состояние предохранительных систем;

– рыночная стоимость и цена потребления объекта.

Различные инициирующие события влекут за собой ущерб различного вида. С учетом факторов, влияющих на риск при энергоснабжении, и для возможности количественной оценки риска целесообразно провести качественную градацию ущерба по степени тяжести.

Проанализировав возможные виды ущерба, было решено, что адекватное их описание обеспечивают четыре возможных результирующих события (группы ущерба):

1 группа – многочисленные тяжелые травмы одного или нескольких лиц с возможным летальным исходом, значительное вредное воздействие на окружающую среду, значительные экономические издержки;

2 группа – нетяжелые травмы одного лица или нескольких лиц, наличие вредного воздействия на окружающую среду, средние экономические издержки;

3 группа – травм нет, возможно, незначительное вредное воздействие на окружающую среду, незначительные экономические издержки;

4 группа – травм нет, вредное воздействие на окружающую среду отсутствует, возможно, появление незначительных экономических издержек.

С учетом влияющих факторов и групп ущерба дерево событий будет выглядеть так, как это показано на рисунке 3.

	Интенсив- ность запросов	Наличие и техническое состояние предохрани-тельных систем	Стоимость и цена потребления	Оценка ущерба j-ой группы, Уj	Вероятность возникно-вения ущерба j-ой группы, РУj	Риск возникно-вения ущерба j-ой группы, Rj
	высокая (хI)			У1	РУ1	R1
	P1(xI)
РУ		отсутствие (хII)		У2	РУ2	R2
		P2(xII)
	низкая (х`I)		высокая (xIII)	У3	РУ3	R3
	P1(x`I)		P3(xIII)
		наличие (x`II)
		P2(x`II)	низкая (x`III)	У4	РУ4	R4
			P`4(xIII)

РУ – вероятность возникновения ущерба; х, х` - соответственно прямое и обратное события; РУ1…У4 – вероятности возникновения ущерба соответствующей группы; R1…4 – риск возникновения ущерба соответствующей группы

Рис. 3 Дерево событий для услуг энергоснабжения

Исходной оценкой вероятности возникновения ущерба, относящегося к той или иной группе, является вероятность , полученный в результате FTA-анализа.

События, входящие в дерево, подчиняются условию конъюнкции, т. е. логического умножения. [4, 5, 8] Поэтому вероятности возникновения ущерба соответствующей группы будут равны:

(4)

Из уравнения конъюнкции (4) вытекает формула для расчета вероятности возникновения ущерба j-ой группы Рyj:

(5)

Как отмечалось выше, риск R является математическим ожиданием причиняемого ущерба и определяемого как произведение вероятности Р неблагоприятного события и ожидаемого ущерба У в результате этого события (1). Следуя логике (1), риск возникновения ущерба j-ой группы можно определить как произведение вероятности возникновения ущерба j-ой группы Рyj, и оценку ущерба соответствующей группы Yj:

(6)

или

(7)

Применение ЛВМ позволяет проводить количественную оценку риска возникновения ущерба (т. е. прогнозировать риск и, как следствие, безопасность) в результате оказания услуг энергоснабжения потребителей в условиях неопределенности, недостатка или полного отсутствия информации. Кроме того, немаловажно отметить возможность учета комбинаций различных инициирующих событий, которые могут повлечь за собой возникновение неблагоприятного события и наступление ущерба, а также прогнозирования и оценки риска возникновения ущерба по различным сценариям.

Литература

1. Федеральный закон “О техническом регулировании”

2. Алымов В. Т., Тарасова  риск: анализ и оценка: Учеб. пос. для вузов. – М: ИКЦ «Академика», 2005. – 118 с.

3. Гражданкин А. И., Лисанов М. В., Печеркин  вероятностных оценок при анализе безопасности опасных производственных объектов // Безопасность труда в промышленности, 2001, №5.– С. 33-36.