Record Details

Description of approach to estimating survivability of complex structures under repeated impacts of high accuracy (part 2)

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Description of approach to estimating survivability of complex structures under repeated impacts of high accuracy (part 2)
Описание подхода к оценке живучести сложных структур при многоразовых воздействиях высокой точности (часть 2)
 
Creator G. Cherkesov N.; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg
A. Nedosekin O.; Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg
Г. Черкесов Н.; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
А. Недосекин А.; Санкт-Петербургский Горный университет
 
Subject survivability; vitality; resilience; risk; negative impact; survivability margin; law of vulnerability; function of survivability
живучесть; витальность; устойчивость; риск; неблагоприятное воздействие; запас живучести; закон уязвимости; функция живучести
 
Description Purpose. The paper describes main concepts and definitions, survivability indices, methods used to estimate survivability in different external and internal conditions of application of technical systems, including the studies in the field of structural survivability obtained 30 years ago within the frames of the Soviet school of sciences. An attempt is made to overcome different understanding of technical survivability, which has been formed by now in a number of industrial directions - shipping, aviation, communication networks, energy systems, in industries of defense. Besides, the problem is discussed in relation to the establishing of the continuity between technical survivability and global system resilience. Technical survivability is understood in two basic meanings: a) as a property of a system to resist to negative impacts; b) as a property of a system to recover its operability after a failure or accident caused by external reasons. This article also describes the relation between structural survivability, when the logic of system operability is binary and described by a logical function of operability, and functional survivability, when the system operation is described by a criterion of functional efficiency. Thus, a system failure is a fall in the level of its efficiency lower than the value predetermined in advance. Methods. Technical system is considered as a controlled cybernetic system installed with specialized survivability aids (SA). Logical and probabilistic methods and results of combinatorial theory of random placements are used in the analysis. It is supposed that: a) negative external impacts (N1) are occasional and single-shot (one impact affects one element); b) each element of the system has binary logic (operability - failure) and zero resistance, i.e. it is for sure affected by one impact. Henceforth this assumption is generalized for the r-time N1 and L-resistant elements.Besides, the work describes the variants of non-point models when a system’s part or entire system are exposed to a group specialized affection. It runs about the variants of combination of reliability and survivability, when both external and internal failures are analyzed. Results. Different variants of affection and functions of survivability of technical systems are reproduced. It has been educed that these distributions are based on simple and generalized Morgan numbers, as well as Stirling numbers of the second kind that can be reestablished on the basis of simplest recurrence relations. If the allowances of a mathematical model are generalized for the case when there are n of r-time negative external impacts and L- resistant elements, the generalized Morgan numbers which participate in the estimate of the affection law, are defined based о nthe theory of random placements, in the course of n-tuple differentiation of a generator polynomial. In this case it is not possible to establish recurrence relation among generalized Morgan numbers. It is shown that, under uniform allowances for a survivability model (equally resistant elements of the system, equally probable negative external impacts) in the core of relations for the function of system survivability, regardless of the affection law, there is a vector of structure redundancy F(u), where и is the number of affected elements, F(u) is the number of operable states of the technical system under и failures. Conclusion. Point survivability models are a perfect tool to perform an express-analysis of structural complex systems and to obtain approximate estimates of survivability functions. Simplest allowances of structural survivability can be generalized for the case when the logic of system operability is not binary, but is specified by the level of the system efficiency. In this case we should speak about functional survivability. Computational complexity PNP of the task of survivability estimation does not make it possible to solve it by the simplest enumeration of states of the technical system and variants of negative external impacts, it is necessary to look for the ways to egress from the blind enumeration, by transformation of the system operability function and its decomposition, as well. Development and implementation of survivability property into a technical system should be conducted with consideration of the property which is assured in biological and social systems.PART 2. Multivariate calculationsThis paper is a closing article to the first one [1] and it reproduces multivariate calculations by the procedure described in the references. Computational complexity of the task of survivability estimation and the ways to overcome this problem are discussed. We also deal with a passing from structural survivability to the tasks of functional survivability, establishing a conceptual joint between technical survivability and mobilization resilience in economy.
ЦЕЛЬ. Рассматриваются основные понятия и определения, показатели живучести, методы оценки живучести в различных внешних и внутренних условиях применения технических систем. В том числе, обозреваются наработки в области структурной живучести, полученные 30 лет назад, в рамках советской научной школы. Делается попытка преодолеть различное понимание технической живучести, которое к сегодняшнему моменту сложилось по ряду отраслевых направлений - в судостроении, авиации, сетях связи, в системах энергетики, в оборонном ведомстве. Также рассматривается вопрос об установлении отношений преемственности между свойством технической живучести и свойством глобальной системной устойчивости. Техническая живучесть понимается в двух базовых значениях: а) как свойство системы сопротивляться негативным внешним воздействиям; б) как свойство системы восстанавливать свою работоспособность после отказа или аварии, вызванных внешними причинами. В работе рассматривается связь между структурной живучестью, когда логика работоспособности системы бинарна и описывается логической функцией работоспособности, и функциональной живучестью, когда работа системы описывается критерием функциональной эффективности. Тогда отказ системы - это падение уровня её эффективности ниже заранее предустановленного значения. МЕТОДЫ. Техническая система рассматривается как управляемая кибернетическая система, которой приданы специализированные средства обеспечения живучести (СОЖ). В анализе использованы логико-вероятностные методы и результаты комбинаторной теории случайных размещений. Предполагается: а) негативные внешние воздействия являются точечными и однократными (за одно воздействие поражается ровно один элемент); б) каждый элемент системы обладает бинарной логикой (работоспособность - отказ) и нулевой стойкостью, то есть гарантированно поражается за одно воздействие. В последующем, данное допущение обобщается на случай r-кратного негативного внешнего воздействия и L-стойких элементов. Также в работе рассматриваются варианты неточечных моделей, когда часть системы или система в целом подвергаются групповому поражению специализированного типа. Рассмотрены варианты сочетания свойств надёжности и живучести, когда анализу подвергаются одновременно отказы по внутренним и по внешним причинам. РЕЗУЛЬТАТЫ. Воспроизведены различные варианты законов поражения и функций живучести технических систем. Выявлено, что в основе этих распределений лежат простые и обобщённые числа Моргана, а также числа Стирлинга второго рода, которые могут быть восстановлены на основе простейших рекуррентных соотношений. Если допущения математической модели обобщаются на случай n r-кратных негативных внешних воздействий и L-стойких элементов, то обобщённые числа Моргана, участвующие в оценке закона поражения, определяются на основе теории случайных размещений, в ходе n-кратного дифференцирования производящего полинома. В этом случае установить рекуррентное соотношение между обобщёнными числами Моргана не представляется возможным. Показано, что при однородных допущениях к модели живучести (равностойкие элементы системы, равновероятные негативные внешние воздействия) в ядре соотношений для функции живучести системы, вне зависимости от закона поражения, находится вектор структурной избыточности F(u), где u - число поражённых элементов, F(u) - число работоспособных состояний технической системы при u отказах. ВЫВОДЫ. Точечные модели живучести являются превосходным инструментом для экспресс-анализа структурно-сложных систем и для получения приближённых оценок функций живучести. Простейшие допущения структурной живучести могут быть обобщены на случай, когда логика работоспособности системы не является бинарной, но обуславливается уровнем эффективности функционирования системы. В этом случае надо говорить о функциональной живучести. Вычислительная трудность PNP задачи оценки живучести не позволяет решать её путём простейшего перебора состояний технической системы и вариантов негативных внешних воздействий, необходимо искать пути отхода от полного перебора, в том числе за счёт преобразования функции работоспособности системы и её декомпозиции. Проектирование и внедрение свойства живучести в техническую систему должно проходить с оглядкой на то, как такое свойство обеспечено в биологических и социальных системах.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2016-11-02
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/162
10.21683/1729-2640-2016-16-3-26-34
 
Source Dependability; № 3 (2016); 26-34
Надежность; № 3 (2016); 26-34
1729-2646
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/162/320
http://www.dependability.ru/jour/article/view/162/321
Черкесов Г.Н., Недосекин А.О. Оценка живучести сложных структур при многоразовых воздействиях высокой точности (часть 1) // Надёжность. - №2. 2016. С. 3-15.
Можаева И.А., Нозик А.А., Струков А.В. Современные тенденции структурно-логического анализа надёжности и кибербезопасности АСУТП. - На сайте: http://www.szma.com/mabr2_2015.pdf
Можаева И.А. Методики структурно-логического моделирования сложных систем с сетевой структурой // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург. 2015. 19с.
Можаев А.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. - СПб: ВИТУ, 2000. - 145 с.
Черкесов Г.Н. Методы и модели оценки живучести сложных систем. - М.: Знание, 1987. - 55 c. - Также на сайте: http://www.gcherkesov.com/articles/article02.pdf
Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. - СПб: Питер, 2005. - 480 с.
Недосекин А.О. Применение теории случайных размещений к анализу живучести технических систем // Кибернетика АН УССР. - 1991. - №6.
Недосекин А.О. Анализ живучести систем энергетики комбинаторно-вероятностными методами // Известия РАН. Энергетика. 1992. N3. С.48 - 58.
Недосекин А.О. Анализ живучести автоматизированного комплекса на основе точечной модели // Приборы и системы управления. 1989. N11. С.12-14.
Недосекин А.О. Связь отказоустойчивости и живучести в функционально-избыточных технических системах // Проблемы комплексной автоматизации судовых технических систем / Тез. докл. Л., НПО «Аврора», 1989. С.208-209
Недосекин А.О. Сопоставительный анализ безотказности и живучести технических систем с сетевой структурой // Повышение качества и надежности промышленных изделий / Тез. докл. Л., ЛДНТП, 1989. С.15 -18.
Недосекин А.О. Обеспечение функциональной живучести сетей связи: анализ и принятие решений // Пути совершенствования сетей и комплексов технических средств связи / Тез. докл. Л., НПО «Красная заря», 1989. С.10 - 13.
Недосекин А.О. Живучесть как функция избыточности в сетях связи // Х-ый симпозиум по проблеме избыточности в информационных системах / Тез. докл. Часть 2. Л., ЛИАП, 1989. С.178 -181.
Недосекин А.О. Анализ живучести ЭЭС комбинаторно-вероятностными методами // МВИН БСЭ. Вып. 41. Иркутск, 1991.
Недосекин А.О. Анализ живучести газотранспортной системы региона Западной Сибири по фактору электроснабжения // МВИН БСЭ. Вып. 43. Иркутск, СЭИ СО РАН, 1992.
Недосекин А.О. Структурный анализ живучести ЭЭС на примере тестовой расчетной схемы // МВИН БСЭ. Вып. 43. Иркутск, СЭИ СО РАН, 1992.
Горшков В.В. Логико-вероятностный метод расчета живучести сложных систем //АН УкрССР, Кибернетика, 1982, №1. - С.104-107.
Трухаев Р.И. Модели принятия решений в условиях неопределённости. - М.: Наука, 1981.
Абдулаева З.И., Недосекин А.О. Стратегический анализ инновационных рисков. - СПб: СПбГПУ, 2013. - 145 с. - Также на сайте: http://an.ifel.ru/docs/InnR_AN.pdf
Bertalanffy L. von. An Outline of General System Theory. // British Journal for the Philosophy of Science. Vol. 1. 1950. P. 134-165.
Zadeh L. From computing with numbers to computing with words - from manipulation of measurements to manipulation of perceptions // International Journal of Applied Math and Computer Science, pp. 307-324, vol. 12, no. 3, 2002.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).