Analiza niezawodnościowa układów zasilania stosowanych w systemach teleinformatycznych baz logistycznych

Transkrypt

1 SIERGIEJCZYK Mirosław ROSIŃSKI Adam 2 Analiza niezawodnościowa układów zasilania stosowanych w systemach teleinformatycznych baz logistycznych WSTĘP W firmach logistycznych bardzo istotną kwestią jest zdolność zachowania ciągłości funkcjonowania. Dotyczy to nie tylko samych operacji magazynowych związanych z przemieszczaniem ładunków, ale obecnie przede wszystkim ciągłości działania systemów teleinformatycznych stosowanych do wspierania procesów logistycznych. Dlatego tak istotna jest kwestia zarówno ochrony informacji, jak też zapewnienia gwarantowanego poziomu bezpieczeństwa zasilania urządzeń telekomunikacyjnych i informatycznych. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie różnorodnych lokalnych systemów zasilających, które po odpowiednim zaprojektowaniu i funkcjonalnym powiązaniu pomiędzy sobą umożliwiają zwiększenie poziomu niezawodności zasilania urządzeń elektronicznych stosowanych w bazie logistycznej. Tego typu rozważania zostały przedstawione w niniejszym artykule.. LOGISTYCZNE SYSTEMY TELEINFORMATYCZNE Obecnie w firmach logistycznych wykorzystuje się bardzo wiele złożonych funkcjonalnie narzędzi informatycznych i telekomunikacyjnych [3,6]. Pozwalają one na sprawniejsze i efektywniejsze funkcjonowanie przedsiębiorstwa transportowego. Poprzez to zwiększa się szybkość realizacji procesów biznesowych. Trend wdrażania nowych rozwiązań teleinformatycznych jest także bardzo zauważalny w bazach logistycznych. Coraz więcej zaawansowanych pakietów oprogramowania informatycznego, które wspiera zarządzanie szeroko rozumianą logistyką, jest stosowanych już przez pracowników wykonujących podstawowe czynności operacyjne. Dzięki specjalnym programom komputerowym i odpowiednim sprzętowym zasobom teleinformatycznym możliwa jest także koordynacja procesów biznesowych i obniżenie ich kosztochłonności. Do najczęściej stosowanych w obszarze logistyki systemów informatycznych można zaliczyć m.in. []: systemy planowania zasobów przedsiębiorstwa ERP (ang. Enterprise Resources Planning), systemy obsługi klienta ECR (ang. Efficient Consumer Response), systemy wspomagające zarządzanie łańcuchami dostaw SCM (ang. Supply Chain Management), systemy stosowane do zarządzania procesami magazynowania WMS (ang. Warehouse Management System). Dzięki nim możliwe jest szybsze i bardziej racjonalne podejmowanie kluczowych decyzji w przedsiębiorstwie logistycznym, przy pełniejszym wykorzystaniu posiadanych informacji, które mogą być uzyskane z wielu różnych podsystemów (obejmujących informacje nie tylko zawarte w firmie, ale także z poza niej). Wprowadzanie nowych rozwiązań z zakresu logistycznych systemów teleinformatycznych pozwala również zwiększyć wydajności firmy. Uzyskuje to się poprzez zastąpienie (lub wspomaganie) pracy ludzkiej urządzeniami, które realizują ją znacznie szybciej i bardziej niezawodnie. Politechnika Warszawska Wydział Transportu Zakład Telekomunikacji w Transporcie, Polska, -662 Warszawa, ul. Koszykowa 75,, tel , msi@wt.pw.edu.pl 2 Politechnika Warszawska Wydział Transportu Zakład Telekomunikacji w Transporcie, Polska, -662 Warszawa, ul. Koszykowa 75,, tel , e mail: adro@wt.pw.edu.pl 574

2 Wprowadzenie logistycznych systemów teleinformatycznych zwiększa konkurencyjność funkcjonowania przedsiębiorstwa na rynku. Do korzyści, które wynikają z takiego wdrożenia można zaliczyć m.in. []: koordynację operacji logistycznych, zmniejszenie czasu wykonywania operacji logistycznych (dzięki ich automatyzacji), optymalizację operacji logistycznych, zwiększenie efektywności funkcjonowania (dzięki pełniejszemu wykorzystaniu informacji uzyskanej z podsystemów współpracujących), racjonalizację podejmowanych decyzji (opartych m. in. na wynikach obliczeń i prognoz wykorzystujących informacje pozyskiwane z podsystemów współpracujących). 2. CIĄGŁOŚĆ ZASILANIA W LOGISTYCZNYCH SYSTEMACH TELEINFORMATYCZNYCH Teoria niezawodności zawiera - w zakresie rozważań ogólnych - ugruntowaną od lat podbudowę literaturową [,4,5]. W odniesieniu do funkcjonowania systemów zasilania można skorzystać z publikacji [2,]. Kwestie związane z niezawodnością w systemach zasilania przedstawione są m. in. w opracowaniach [7,8,9]. Problemy zastosowania rezerwowych źródeł zasilania omówiono w publikacji [2]. Zapewnienie pożądanego poziomu niezawodności zasilania logistycznych systemów teleinformatycznych wymaga zastosowania odpowiednich źródeł zasilania. Ogólnie można wyróżnić następujące trzy typy zasilania: zasilanie ze źródła podstawowego jakim jest sieć energetyczna krajowego systemu zasilania, zasilanie rezerwowe w postaci zasilacza awaryjnego UPS (ang. Uninterruptible Power Supply) wyposażonego w doładowywane źródła energii w postaci akumulatorów, zasilanie rezerwowe w postaci agregatu prądotwórczego (zasilanego najczęściej olejem napędowym lub rzadziej gazem ziemnym). Strukturalny szkic systemu zasilania, zawierającego te trzy niezależne źródła energii, adresowanego do logistycznego systemu teleinformatycznego przedstawia rysunek. ~23V Zasilanie podstawowe Zasilacz podstawowy ~23V Zasilanie podstawowe Zasilacz rezerwowy (UPS) System teleinformatyczny Agregat prądotwórczy Rys.. Przykład układu zasilania systemu teleinformatycznego z trzech źródeł energii [źródło: opracowanie własne] 575

3 Przeprowadzając analizę funkcjonowania systemu przedstawionego na rysunku, można stwierdzić iż relacje w nim zachodzące, w aspekcie niezawodnościowym, mogą być zobrazowane tak jak na rysunku 2. λ λ Z2 λ Z3 S PZ S S Z2 S R O μ PZ μ PZ2 Z2 μ PZ3 μ P μ λ Rys. 2. Relacje w systemie zasilania [źródło: opracowanie własne] Oznaczenia na rys.: R O funkcja prawdopodobieństwa przebywania systemu w stanie pełnej zdatności S PZ, funkcja prawdopodobieństwa przebywania systemu w stanie zagrożenia bezpieczeństwa S, Z2 funkcja prawdopodobieństwa przebywania systemu w stanie zagrożenia bezpieczeństwa S Z2, funkcja prawdopodobieństwa przebywania systemu w stanie zawodności bezpieczeństwa S, intensywność przejść ze stanu pełnej zdatności S PZ do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S, Z2 intensywność przejść ze stanu zagrożenia bezpieczeństwa S do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2, Z3 intensywność przejść ze stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2 do stanu zawodności bezpieczeństwa S, intensywność przejść ze stanu zagrożenia bezpieczeństwa S do stanu pełnej zdatności S PZ, Z2 intensywność przejść ze stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2 do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S, Z3 intensywność przejść ze stanu zawodności bezpieczeństwa S do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2, P intensywność przejść ze stanu zawodności bezpieczeństwa S do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S, intensywność przejść ze stanu pełnej zdatności S PZ do stanu zawodności bezpieczeństwa S, intensywność przejść ze stanu zawodności bezpieczeństwa S do stanu pełnej zdatności S PZ. Stan pełnej zdatności S PZ jest stanem, w którym prawidłowo funkcjonują wszystkie trzy źródła zasilania (zarówno podstawowe jak i oba rezerwowe). Stan zagrożenia bezpieczeństwa jest stanem, w którym system zasilania podstawowego jest niezdatny. Stan zagrożenia bezpieczeństwa Z2 jest stanem, w którym zarówno system zasilania podstawowego jak i zasilania rezerwowego (w postaci zasilacza awaryjnego UPS) są niezdatne. Stan zawodności bezpieczeństwa jest stanem, w którym wszystkie trzy źródła zasilania są niezdatne. Jeśli system zasilania jest w stanie pełnej zdatności S PZ a pojawia się uszkodzenie toru zasilania podstawowego to następuje przejście systemu do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S z intensywnością. Jeśli system zasilania jest w stanie zagrożenia bezpieczeństwa S to możliwe jest przejście do stanu pełnej zdatności S PZ pod warunkiem podjęcia działań polegających na przywróceniu stanu zdatności w torze zasilania podstawowego. Gdy istnieje stan zagrożenia bezpieczeństwa S a dodatkowo pojawia się uszkodzenie zasilacza rezerwowego to następuje przejście do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2 z intensywnością Z2. Zwrotne przejście do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S ze stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2 jest możliwe pod warunkiem podjęcia działań polegających na przywróceniu stanu zdatności zasilaczowi rezerwowemu. 576

4 Gdy system jest w stanie zagrożenia bezpieczeństwa S Z2 i pojawia się uszkodzenie agregatu prądotwórczego to następuje przejście do stanu zawodności bezpieczeństwa S z intensywnością Z3. Przejście ze stanu zawodności bezpieczeństwa S do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S Z2 jest możliwe w przypadku podjęcia działań polegających na przywróceniu stanu zdatności agregatowi prądotwórczemu. Możliwe jest też przejście ze stanu pełnej zdatności S PZ do stanu zawodności bezpieczeństwa S z intensywności. Taki przypadek zachodzi wówczas gdy następuje zdarzenie katastroficzne (np. trzęsienie ziemi, powódź) i wszystkie trzy źródła zasilania ulegają uszkodzeniu. Ze względu na fakt, iż w polskich warunkach jest to zdarzenie bardzo mało prawdopodobne, to na rysunku 2 oznaczono je linią przerywaną. Nie będzie ono uwzględniane w dalszej analizie niezawodności układu zasilania. Przejście ze staniu zawodności bezpieczeństwa S do stanu zagrożenia bezpieczeństwa S jest możliwe lecz wymaga podjęcia działań polegających na przywróceniu stanu zdatności agregatowi prądotwórczemu i zasilaczowi rezerwowemu. Analogicznie, możliwe jest przejście ze stanu zawodności bezpieczeństwa S do stanu pełnej zdatności S PZ lecz wymaga to przywrócenia stanu zdatności wszystkim trzem źródłom zasilania. Ten przypadek nie jest brany pod uwagę w poniższej analizie matematycznej. System przedstawiony na rysunku 2 może być opisany następującymi równaniami Kołmogorowa- Chapmana: R λ Przyjmując warunki początkowe: R () () () i stosując przekształcenie Laplace a otrzymujemy następujący układ równań liniowych: s R s s Z2 Z2 s Z2 Z3 λ Z2 Z3 R R Z2 R R Z2 PZ PZ PZ PZ Z2 Z2 () Z2 Z2 Z2 Z3 Z3 Z2 Z2 Z2 Z2 () (2) (3) Prawdopodobieństwa przebywania systemu w wyróżnionych stanach funkcjonalnych w ujęciu symbolicznym (Laplace a) mają postać następującą: b λz3 b c R a b λ a b c a λ Z3 Z2 c λ b c s s λz2 a b c s a s λ PZ λ Z2 PZ λ λ Z2 Z3 c s λ PZ a b λ a λ Z3 Z2 c s λz c λz λz λ a b c a b c s a s λ c λ PZ λ Z3 Z2 PZ λ Z3 c s λ PZ 577

5 Z2 a b λ a λ Z3 Z2 s λ a b c c λ λz2 λz λz2 a b c s a s λ PZ λ Z2 PZ λ Z3 c s λ PZ a b λ gdzie: a s λ b s c s Rozwiązanie powyższego zestawu równań w dziedzinie czasu jest kolejnym etapem analizy i nie jest tu omawiane. WNIOSKI a λ PZ λ λ Z3 Z2 Z2 Z3 a b c c λ λz λz2 λz3 a b c s a s λ PZ W artykule zaprezentowano schematycznie analizę niezawodnościową trójźródłowego układu zasilania stosowanego w systemach teleinformatycznych baz logistycznych. Podano poszczególne podstawowe typy układów zasilania, a następnie dokonano analizy niezawodności całego systemu. W tym celu przyjęto cztery stany bezpiecznościowe (pełnej zdatności R, zagrożenia bezpieczeństwa, zagrożenia bezpieczeństwa Z2 oraz zawodności bezpieczeństwa ) oraz zdefiniowano podstawowe przejścia pomiędzy nimi. Pozwoliło to na wyznaczenie układu równań opisujących ten system zasilania. Dalsza analiza tego przypadku może pozwolić m.in. na wyznaczenie zależności umożliwiających obliczenie prawdopodobieństw przebywania układu zasilania w wymienionych stanach. Otrzymane zależności mogą też być pomocne przy określaniu wpływu poszczególnych intensywności przejść na wartości wyznaczonych prawdopodobieństw. Streszczenie W artykule zaprezentowano zagadnienia związane z systemami teleinformatycznymi, które znajdują zastosowanie także w bazach logistycznych. Ich zastosowanie w przedsiębiorstwie zwiększa efektywność funkcjonowania i optymalizuje operacje logistyczne. Zastosowane urządzenia teleinformatyczne wymagają odpowiedniego zasilania. Dlatego tak istotne jest zapewnienie ciągłości ich działania poprzez zastosowanie odpowiednich typów zasilania. W artykule uwzględniono trójrodzajowe niezależne źródła zasilania jakimi są: zasilanie podstawowe dostarczane z sieci energetycznej zakładu energetycznego, zasilacz rezerwowy w postaci zasilacza UPS wyposażonego w akumulatory oraz agregat prądotwórczy. Dokonano analizy niezawodnościowej takiego układu zasilania z uwzględnieniem czasów przywrócenia zdatności poszczególnych systemów. Zastosowanie tych trzech źródeł energii pozwala na zwiększenie poziomu bezpieczeństwa funkcjonowania logistycznych systemów teleinformatycznych baz logistycznych. Reliability analysis of power supply systems used in telecommunication systems in logistics bases Abstract The article presents the issues related to ICT systems, which are also used in logistics bases. Their use in the enterprise increases the efficiency of the operation and optimizes logistics operations. Applied ICT devices require an adequate power supply. Therefore, it is important to ensure the continuity of their operations through the use of appropriate types of power. The article includes three type independent power λ Z2 PZ λ Z3 c s λ PZ 578

6 sources which are supplied from the main power grid of the electricity company, the redundant power supply in the form of UPS batteries and equipped with a generator. There were made an analysis of the reliability of such a power supply with regard to the time of the restoration of the suitability of relevant systems. The use of these three energy sources allows to increase the level of security of ICT systems functioning in logistics bases. ILIOGRAFIA. ędkowski L., Dąbrowski T., Podstawy eksploatacji, cz. II Podstawy niezawodności eksploatacyjnej. Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna, illinton R., Allan R. N., Reliability evaluation of power systems. New York: Plenum Press, Duer S., Zajkowski K., Duer R., Paś J., Designing of an effective structure of system for the maintenance of a technical object with the using information from an artificial neural network. Neural Computing & Applications 22. DOI:.7/s Dyduch J., Paś J., Rosiński A., Podstawy eksploatacji transportowych systemów elektronicznych. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom Kołowrocki K., Soszyńska-udny J., Reliability and safety of complex technical systems and processes. Springer, London Paś J., Duer S., Determination of the impact indicators of electromagnetic interferences on computer information systems. Neural Computing & Applications 22. DOI:.7/s Rosinski A., Dabrowski T., Modelling reliability of uninterruptible power supply units. Eksploatacja i Niezawodnosc Maintenance and Reliability, Vol.5, No. 4, Rosiński A., Analiza niezawodności zasilaczy buforowych. iuletyn Wojskowej Akademii Technicznej vol. LXI nr 2 (666)/22, Warszawa Siergiejczyk M., Rosiński A., Reliability analysis of power supply systems for devices used in transport telematic systems w monografii Modern Transport Telematics pod redakcją Jerzego Mikulskiego, wydanej jako monograficzna seria wydawnicza Communications in Computer and Information Science, Vol Wydawca: Springer-Verlag, erlin Heidelberg 2.. Siergiejczyk M., Rosiński A., Zagadnienie zapewnienia ciągłości zasilania w logistycznych systemach teleinformatycznych. Czasopismo Logistyka nr 4/22, wyd. Instytut Logistyki i Magazynowania, Poznań 22.. Sozański J., Niezawodność i jakość pracy systemu elektroenergetycznego. WNT, Warszawa Wiatr J., Miegoń M., Zasilacze UPS oraz baterie akumulatorów w układach zasilania gwarantowanego. Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa