MŰSZAKI MEGBÍZHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATI MÓDSZEREI EXAMINATION METHODS FOR EVALUATING RELIABILITY IN COMPLEX MILITARY RECONNAISSANCE SYSTEMS.

Átírás

1 BÁRKÁNYI PÁL KOMPLEX KATONAI FELDERÍTŐ RENDSZEREK MŰSZAKI MEGBÍZHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATI MÓDSZEREI EXAMINATION METHODS FOR EVALUATING RELIABILITY IN COMPLEX MILITARY RECONNAISSANCE SYSTEMS A cikk a komplex katonai rendszerek műszaki megbízhatóságának vizsgálati módszereit foglalja össze, amelyek az alkalmazott rendszerek tervezésénél és kivitelezésnél bevezethetőek, és melyek lehetőséget adnak ezek hatékony és hosszú távú működésének eléréséhez. A struktúrák tervezésénél alapvető követelmény olyan komplex elektromos architektúrák kialakítása, amelyek a megbízható, hibamentes és folyamatos működést garantálják. The article summarizes the examination methods for evaluating reliability in complex military reconnaissance systems which can be used in the planning and the implementing phases of building applied systems. The evaluation can assure efficient and long term functionality of this kind of systems. In the planning of structures it is fundamental to develop a complex electric architecture which can guarantee a reliable, troubleproof and continuous operation. Bevezető Cikkemben bemutatom azokat a megbízhatóság- elemzési módszereket, amelyek a katonai felderítésnél alkalmazott rendszerek tervezésénél és kivitelezésnél alkalmazhatóak, és melyek lehetőséget adnak ezek hatékony és hosszú távú működésének eléréséhez. A struktúrák tervezésénél alapvető követelmény olyan komplex elektromos architektúrák kialakítása, amelyek a megbízható, hibamentes és folyamatos működést garantálják. A katonai felderítés sajátságos feladataiból adódóan a rendszerek- 85

2 VÉDELMI ELEKTRONIKA kel szemben támasztott követelmények némileg eltérnek a Magyar Honvédségnél és a NATO-nál elfogadott előírásoktól, szabványoktól. Az optimalizálási módszerek lehetőségeket adnak a különböző, sajátos, esetenként egyedi feladatok ellátásához szükséges elektronikai komplex rendszerek kialakításához. A katonai felderítésénél alkalmazott elektronikai struktúrák a feladatokból adódóan komplex, több rétegű alrendszerek kapcsolatából épülnek fel. A komplex villamos rendszerek amelyek egymástól is nagy távolságra helyezkedhetnek el, illetve közvetlen kapcsolat egymás között nem mindig építhető ki, csak egy független harmadik fél közbeiktatásával, megbízható működése függ az alkalmazott elektronikai, illetve energiaellátó alrendszerek műszaki megbízhatóságától. A katonai felderítés által támasztott igények a rendszerek megbízhatóságával szemben igen magasak, mivel sokrétű, szerteágazó, több kontinensen átívelő komplex, fejlett hálózatokról és struktúráról beszélhetünk. Alapvetően a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) által készített nemzetközi szabvány, valamint az MSZ IEC 50 (191) által lefektetett megbízhatóság fogalma és meghatározásai az irányadók az alkalmazott elektronikai rendszerek vizsgálatánál. [1] A komplex elektronikai rendszerek esetében az üzemzavarmentes működés vizsgálatánál alapvetően a zavarállapotok azon eseteit kell figyelembe venni, amelyeket az elektronikai rendszerek működtetésénél jelentkező technikai és egyéb zavarforrások idéznek elő, illetve figyelembe kell venni, hogy a vizsgálatot kiegészítő tényezőként a rendszer gazdaságossági mutatója is befolyásolhatja. A katonai felderítés által támasztott igények az elektronikai architektúrákkal szemben attól függően változnak, hogy hol, mikor, és hogyan akarják alkalmazni az adott rendszert. Az alkalmazás a körülmények függvényében egyedi sajátosságokkal rendelkező összetevőket követel meg, amelyek a zavarforrások számára és minőségére nagymértékben hatással vannak, amely hatás közvetlenül a hibamentes működést befolyásolja. Az üzemzavarmentes rendszerek tervezéséhez megfelelő megbízhatóság elemzési módszert, vagy módszereket kell választani, melyeket a tervezett struktúra sajátosságai nagyban befolyásolhatják. Az előrejelzés megbízhatóságának értelmezésében a hangsúlyt a kvantitatív és a kvalitatív elemzésre, a feltételek és a következtetések kapcsolatára, valamint az objektív tendenciákra és a szubjektív értékelésre helyezhetjük. [12.] 86

3 Néhány elemzési módszer: A hibamód és hatáselemzés A hibafa elemzés A Markov elemzés A megbízhatósági blokkdiagram elemzés A megbízhatóság előrejelzése A hibamód- és hatáselemzés (Fault Mode and Effect Analysis, FMEA) induktív ( Mi van ha? ) és kvalitatív megbízhatóság elemzési módszer. A módszer lentről felfelé halad, és egyesével lépked a rendszerelemek között, valamint vizsgálja azok hibamódjainak következményeit. Az FMEA alapvetően az elemek hibás állapotba jutásának módját (hibamód) és annak a rendszerre gyakorolt hatását (hibamód-hatás) vizsgálja. Általa egyszerű funkcionális rendszereknél lehetséges a különféle technológiával előállított, felépített struktúrák együttes elemzése. Hátránya az eljárásnak, hogy a tartalékolási funkciók kezelése, a javítás/karbantartás hatásainak figyelembe vétele, és az egyedi rendszerelem meghibásodásának részletes vizsgálata nagyon nehézkes. Az FMEA kiterjesztett párja az FMECA (Fault Mode, Effect and Criticality Analysis; hibamódhatás és kritikusság elemzése), amely a kritikusság elemzésével bővült. Az FMECA eljárásban minden egyes hibamódot számszerűsítenek, az előfordulásuk valószínűségével, valamint a következmények súlyosságának együttes hatásával rangsorolnak A megbízhatóság-előrejelzésből kell kiszámítani a meghibásodás valószínűségét, felhasználva az FMEA-val becsült adatokat is (meghibásodási ráták, hibamód előfordulásának valószínűsége stb.). A hatások szigorúsági fokozatát egy előírt skála alapján kell értékelni. Az FMEA és az FMECA alapul szolgál a hibafa elemzési módszer követésének, de alkalmazható az emberi hiba elemzéséhez, illetve ún. kis tartalékolású rendszereknél veszélyazonosításhoz és valószínűségbecsléshez. [2] A hibafa elemzés (Fault Tree Analysis, FTA) fentről lefelé haladó deduktív módszer, amely a nem kívánatos eseményekhez csúcseseményekhez-hozzájáruló körülményeket és tényezőket,amely lehet a rendszer működését, biztonságát, gazdaságosságát befolyásoló tényező is azonosítja, továbbá logikai összefüggések szerint rendezi, és ábrázolja. Az elemzést a csúcseseménnyel kezdik, majd az alacsonyabb funkcionális szinteken azonosítják a nemkívánatos rendszerműködés okait, és ezt 87

4 VÉDELMI ELEKTRONIKA iterálva folytatják addig, míg, tovább már nem bontható alacsonyabb szintre. Az elemzés eredményét egy hibafán ábrázolják. [3.] A hibafa elemzés alkalmazható például egy települt NIC (National Intelligence Cell, Nemzeti Hírszerző Cella) [4.] komplex villamos rendszerének tápellátása vizsgálatához: A Markov módszer alapvetően a rendszereket két állapotra bontja: meghibásodott állapot és működő állapot. A két állapotból meghatározható a valószínűsége a működőképes, vagy a meghibásodási állapotnak. A rendszer vizsgálatakor az összes állapotot meg kell határozni, illetve leírni az átmeneti függvényeket a valószínűségi mutatókkal együtt. A meghibásodás valószínűsége, illetve a rendszer működőképessége a meghibásodási ráta és a helyreállítási intenzitási változókból határozható meg. Hátránya a modellnek, hogy a meghibásodási ráta konstans, és függetlennek kell lennie a jövőbeni állapotnak a rendszer múltbeli állapotától úgy, hogy a közvetlen megelőző állapottól nem független (ez annak felel meg, hogy a működési idő és a javítási idő valószínűségi eloszlása exponenciális). 1 Nincs áram Helyi áramszolgáltató Hiba az aggregátorban 1 1 Erőmű betáp. megszűnt Hiba a vezetékekben Nincs üzemanyag Mechanikai hiba A Vezeték szakadás Üa. betáp. megszűnt B 1 C Nincs üzemanyag 1. ábra. Hibafa 88

5 Példaként vegyünk egy leegyszerűsített műholdas összeköttetést, aminél csak két állapotot veszünk figyelembe: meghibásodott, illetve működő állapot (2. ábra.). 1- A F 1-2. ábra. Állapot diagram A meghibásodott állapotból (F) a működőképes állapotba (A) kerülés valószínűsége a helyreállítási intenzitás ( ), míg a működőképes állapotból a meghibásodási állapotba történő kerülés valószínűsége pedig a meghibásodási ráta ( ). [6] A megbízhatósági blokk diagram (Reliability Block Diagram, RBD) módszer grafikus ábrázolást (jellemzést) ad a rendszer logikai struktúrájáról, amely a rendszert felépítő alrendszerek részrendszerek közötti megbízhatósági összefüggéseket jeleníti meg. A módszer a rendszer sikeres működésének lehetséges útjait blokk diagramokkal ábrázolja, amely a rendszert komplex egészében vizsgálja. A blokk diagram kialakításánál több különböző kvalitatív módszer van. Alapvetően a rendszer hibamentes működését kell definiálni, majd olyan funkcionális tömböket definiálunk, építjük fel, amely megfelel a megbízhatóság elemzésnek. A diagram kialakításánál a blokkok még alblokkokra alrendszerekre bonthatóak, attól függően, hogy a struktúrát milyen mélységig elemezzük (rendszer redukció). A rendszer felépítésétől függően az értékelésre több módszer van, egyszerű Boole féle módszerek és igazságtáblák alkalmazhatóak a hibamentes működés elemzésére. A megbízhatóság előrejelzése (Reliability Prediction, RP) a rendszert felépítő alkatrészek megbízhatóságának vizsgálatából kiinduló módszer. A tervezés korai szakaszánál alkalmazható induktív vizsgálati eljárás, amely a rendszer meghibásodási rátájának megközelítő becslését teszi lehetővé. 89

6 VÉDELMI ELEKTRONIKA A rendszert felépítő alkatrészek meghibásodási rátáját az alkalmazott igénybevétel függvényében egyenkénti vizsgálatot követően linearitást feltételezve a rendszerben könnyen ki lehet számítani. Az alkatrészek meghibásodási rátájának az összege így megegyezik a rendszer meghibásodási rátájával. Annak elkerülésére, hogy a rendszernek a legrosszabb esetére becsüljük meg a megbízhatósági ráta, az adott rendszer tekintetében magasabb szinteken kialakított tartalékolási módokat is számításba kell venni. Az alkatrészek igénybevételi szintjeinek figyelembevétele az ún. alkatrész-megbízhatóságelőrejelzési modellekben sokkal valósabb alkatrészmeghibásodási rátákat eredményezhet. Összefoglalás Írásomban néhány olyan megbízhatóság elemzési módszert emeltem ki, amelyek a katonai felderítés által használt és kialakítás alatt álló komplex elektronikai rendszerek műszaki megbízhatóságának vizsgálatakor alkalmazhatók. Dolgozatomban több módszert is említettem FMECA, hibafa és megbízhatóság előrejelzése, amelyek a feladatok függvényében hatásos előrejelzést adnak. A katonai felderítés komplexitásából következően szerteágazó feladatok megoldására kell kialakítani különböző elektronikai rendszereket, amely többszintű, más, a Magyar Honvédségben nem létező rendszerek alkalmazásával és üzemeltetésével valósul meg. A fejlesztések által alkalmazott csúcstechnológiák nem engedik meg napjainkban,- már a tervezési szakaszban sem - az elektronikai rendszerek műszaki megbízhatóságának vizsgálatával történő elemző munka elhagyását. A komplex rendszerek alkalmazása hely, idő és személyfüggő, amely nagyobb kihívást jelent, mint egy általánosan kialakított rendszer esetében. 90

7 Felhasznált irodalom 1. A megbízhatósággal kapcsolatos egyes alapfogalmak [MSZ IEC 50(191)] 2. A Meghibásodásmód- és hatáselemzésének (FMEA) folyamata [IEC 61812] 3. Hibafa-elemzés [IEC 61025] 4. A hibamentességi tömbdiagram módszer [IEC 61078] 5. A Markov-eljárások alkalmazása [IEC 61165] 6. A megbízhatósági (hibamentességi), karbantarthatósági és használhatósági (üzemkészségi) előrejelzések bemutatása [IEC 60863] 7. Dr. Nováky Erzsébet: Várható változások - a jövőkutatás lehetőségei. Környezettan felsőoktatási tankönyv, Dr. Turcsányi Károly: A haditechnikai eszközök megbízhatóságának elméleti alapkérdései, ZMNE jegyzet, Dr. Zsigmond Gyula: Komplex villamos rendszerek minőségbiztosításának néhány kérdése, Kandó Kálmán Műszaki Főiskola, Budapest, Kiadvány, pp Dr. Zsigmond Gyula: A komplex villamos rendszerek minőségszemléletű elemzéséről, Hadtudomány 2002/1, pp Dr. Zsigmond Gyula: Korszerű rendszervizsgálati módszerek. ZMNE kutatási jelentés, Lendvay Marianna Dr. Zsigmond Gyula:: Komplex villamos rendszerek megbízhatóság-elemzési módszerei 13. Tóth András: A válságreagáló műveletek felderítő támogatásának néhány tapasztalata, ZMNE Hadtudomány 2005/4 91