GBT 18272.1-2000 工业过程测量和控制 系统评估中系统特性的评定 第1部分：总则和方法学.pdf

前言本标准是根据国际电工委员会标准工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第部分 总则和方法学 制定的 在技术内容和编写规则上与之等同在 工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定 的总标题下 包括以下个部分第部分 总则和方法学第部分 评估方法学第部分 系统功能性评估第部分 系统性能评估 待制定第部分 系统可信性评估第部分 系统可操作性评估 待制定第部分 系统安全性评估 待制定第部分 与任务无关的系统特性评估 待制定本标准是其中的第部分本标准由国家机械工业局提出本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会归口本标准负责起草单位 上海工业自动化仪表研究所本标准参加起草单位 重庆工业自动化仪表研究所 上海自动化仪表股份有限公司 重庆川仪股份有限公司 西仪集团有限责任公司 中国航空工业总公司第研究所 北京和利时系统工程股份有限公司 国家工业控制机及系统工程技术研究中心本标准主要起草人 吴庆祈 徐晓燕 李明华本标准参加起草人 张春明 刘铁椎 刘慕尹 于美梅 李光沐 苏伟辉 刘鑫本标准委托上海工业自动化仪表研究所负责解释前言有关技术问题的正式决议或协议 是由各技术委员会代表了对这些问题特别关切的所有国家委员会提出的这些决议和协议尽可能地表达了对所涉及的问题在国际上的一致意见这些决议或协议以标准 技术报告或导则的形式出版 并以推荐标准的形式供国际上使用 并在此意义上为各国家委员会所承认为了促进国际上的统一各国家委员会承诺在其国家标准或地区标准中最大限度地采用国际标准标准与相应的国家或地区标准之间 如有不一致之处 应在国家标准或地区标准中明确指出国际标准由第技术委员会工业过程测量和控制 的分委员会系统方面 制定的文本以下列文件为依据六月法 文件表决报告有关表决批准本标准的详细情况可参见上表指明的表决报告整个标准由一系列出版物组成 这是其中的第部分第部分为总的导则 因而作为一个 独立 的出版物第部分详细论述了评估方法学第部分至第部分为各类特性的评估指南第部分至第部分对特性作了划分 将各种相关特性归入同一类别整个标准由以下各部分组成第部分 总则和方法学第部分 评估方法学第部分 系统功能性评估第部分 系统性能评估第部分 系统可信性评估第部分 系统可操作性评估第部分 系统安全性评估第部分 与任务无关的系统特性评估标准分享网 w w w.b z f x w.c o m 免费下载引言的这一部分论述了在评估工业过程测量和控制系统时所需的总则和方法所谓系统评估 就是根据各种迹象判断该系统是否适用于某一特定使命或者某一类使命要想获取所有迹象 就需要全面地 即在各种影响条件下 评定与系统的特定使命或一类使命相关的所有各种系统特性但是这种做法不切实际 因此系统评估所依据的基本原理是确定每一种相关系统特性的临界状态通过对评定各种特性的成本效益的研究 制定出评定系统相关特性的计划在实施系统评估时 关键是要考虑必需以有限的经费和时间最大限度地提高系统适用性的置信度只有在明确 或规定 了系统的使命或者能够假设系统使命的情况下 评估才能得以进行 没有使命就无法进行评估 但仍可以为其他部门开展的评估工作确定并实施各种评定 如所规定的评估活动在这种情况下 由于评定是评估的组成部分 因此可以把本标准作为制定评定计划的指南 提供评定的实施程序中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第部分 总则和方法学国家质量技术监督局批准实施范围本标准提出了工业过程测量和控制系统 以下称 系统的评估总则本系列标准供系统的用户和制造厂 以及负责实施评估的独立研究机构评估系统特性时使用定义除另有说明外 下列文件中的定义均适用于本标准电信术语可靠性 可维修性和业务质量国际电工词汇第章 自动控制下列定义适用于本标准系统评估根据各种数据 判断系统是否适用于某一种或者某一类特定使命系统特性的评定赋予系统特性定性的说明和 或 定量的值系统使命指定系统在规定的条件和时间内实现规定目标的活动总合任务构成系统使命一部分 符合逻辑的完整的操作功能由系统执行的基本操作结合其他基本操作 系统功能系统就能执行其任务模块能执行各自功能 且易于与其他单元连接或组合的分立单元元件可以分别进行研究和测试 用于组成硬件和 或 软件的任何物理部件评估依据系统评估的目的是定性和 或 定量地确定系统完成某一特定使命的能力评估一个系统 就是根据各种数据判断系统是否适用于某一特定的使命或者某一类使命标准分享网 w w w.b z f x w.c o m 免费下载要想获取全部数据 就需要完整地 即在各种影响条件下 评定与系统的特定使命或一类使命相关的各种系统性能但这几乎是不切实际的 因此系统评估的基本原理是确定与完成系统使命有关的系统特性的临界状态通过研究评定各种特性的成本效益 制定评定有关系统特性的计划系统评估的关键是必须考虑以允许的经费和时间尽可能地提高系统适用性的置信度为完成一项使命 系统应能够执行支持此项使命所必需的任务 如调节压力 流量或优化反应器的条件等系统应提供诸如测量流量 存储数据和显示图像等功能 使这些任务得以执行这些功能是在系统元件中实现的一个元件可以是一片硬件 一块孔板 一个模数转换器 也可以是一个执行流量计算 图像存贮等的软件工业过程测量和控制系统 利用可供选用的各种配置的功能和元件执行要求的任务系统的这一特征使得系统难以仅仅通过评定每一个单独功能和元件的特征来综合评估一个系统完成某一特定任务的能力本标准提出了采用其他相应的标准和导则评估此类系统的方法为了便于系统评估 本标准将系统的特性做了分组这对于不必或不能对所有项目进行评定的情况特别有利 应明确被评估系统的边界 检查这些边界所处的条件这些条件能影响系统的工况系统评估的深度在很大程度上取决于系统的使命和边界 影响条件以及评估的目的本标准提出了组织系统评估的方法系统评估的范围可以很方便地汇总成统计表 在一个轴线上列出系统的特性 另一轴线上列出需考虑的影响条件统计表的方格可用于记录对于每一种系统特性 哪一种影响条件需要加以考虑评估要点目的在实施评估之前应详细阐明评估的目的 以此作为编制评估计划的依据 评估目的对于评估的性质和深度具有很大的影响一个系统可能是相当复杂的 以至于对系统的所有特性进行全面的评定将是得不偿失甚至是不可能的通过仔细考虑评估目的 系统结构以及影响条件 可以将评估项目减少到只包括那些对系统应用最敏感的项目在制定评估计划之前 应该认真地将评估目的编制成文 并将其作为整个评估过程中的指导原则的依据评估目的可包括为某一特定应用评估一个特定的系统为某一特定应用对几个系统进行比较为通用于各种应用场合的某特定系统做出评估无论以何种评估为目的 特定的系统配置或结构和一组系统特性及影响条件都需要加以评定系统系统是通过其各具特性的模块的相互作用来完成其使命的 这些模块可以集中在一个场所 也可以分散在多个场所仅仅通过评定各个系统模块和元件的特性 将所取得的数据加以综合处理是无法评估系统完成使命的能力的对各个模块进行评估和评定则能够为系统评估提供有用的甚至是必需的数据系统的许多特性是从模块的相互作用中形成的 所以在独立的模块中是不存在这些特性的因此只能将系统作为一个整体进行全面的评估对于建立一个系统来说 功能模型的鉴别和分类被评定系统的各种功能和子功能的有力工具在一个通用的系统模型中 可确定下列功能 见图图工业过程测量和控制系统模型过程接口功能数据处理功能通信功能人机接口功能与外部设备的接口功能每一种独立的功能都可以分配在截然不同的物理模块之中各个物理模块都具有动态地被重新分配在另一时刻执行截然不同功能的可能性例如 控制功能可以存在于或共用于下列模块之中本身具有获取数据和实时趋势能力的物理模块具有分立的获取数据和数据输出过程接口模块或通过一个通信网络互相传递数据的过程控制模块利用工业过程测量和控制系统来执行数据采集 数据输出和人机接口任务的一台执行过程控制任务的外部计算机这样一种模型便于明确描述被评估系统的界面 可用于鉴别各种系统元件是否属于评估范围这一模型还表明了各元件之间的关系 且有助于形成系统各功能有效性的评估方法过程接口功能过程接口功能实现来自检测装置的数据的接收 并将数据传送至执行装置这些功能完成在 系统特定 格式和协议与提供系统和外部装置间通信的标准传输信息之间的转换该功能可以存在于若干个截然不同的系统元件中数据处理功能数据处理功能可以专门执行各个独立的任务 也可以支持为完成系统使命而需要执行的综合任务这类功能可以是运算 连续控制 比例控制 积分控制 多变量控制等顺序控制或批量控制算法 报告归档 实时趋势等这些功能可以存在于各个独立的系统元件中 也可以与其他功能结合在一个多功能元件 例如过程接口模块 中通信功能标准分享网 w w w.b z f x w.c o m 免费下载通信功能提供各模块间的通信该功能可以分配在整个系统中 作为各个模块的专用 硬件和软件 元件执行的功能人机接口功能人机接口功能可以使过程操作人员 工程技术人员 维修人员和管理人员得以访问系统 进而通过系统去访问过程该功能可以存在于特定的模块中 也可以分配在若干模块之中与外部装置的接口功能与外部装置的接口功能用于存取外部装置中的数据 将外部装置中的数据按系统的特定协议和格式进行转换 反之亦然一个系统中可能存在若干个不同功能的接口模块 用于与外部计算机或主计算机 可编程序逻辑控制器 及其他类似集成系统等联接特性概述系统的特性可以分成下列几大类 见至每一类都将有关的特性列在一起 见图这种编排结构便于在必要时扩充各主要类目评估时 应根据这些特性考虑并采用合适的国家标准 国际标准和有关法规功能性提供监测和数据处理功能的程度如控制 包括先进控制 优化功能 管理信息功能等功能性取决于提供功能的范围实时完成功能的能力必要时选择和完成所需功能的灵活性性能在规定的工作条件和环境条件下能够执行所提供功能的程度对于每一种功能 有必要规定对其性能进行物理测量 其中可包括精确度 重复性 响应速度 分辨力等可信性能依靠系统在规定的工作条件和环境条件下执行其预定功能的程度可信性包括可用性可靠性维修性信任性忠实性防护性可操作性信息能够借助于人 操作员 机接口 信息透明度和信息表示法及接口本身的人体工程学质量 进行传输的程度考虑到其他因素 可操作性还取决于存取信息数据及信息数据进入系统的程序一次请求获取的信息的范围使用的信息格式使用的接口装置 例如 触屏 光笔 键盘可操作性的评估及其评判标准在很大程度上取决于被评定系统的预定使命安全性系统本身不会对所处环境造成潜在危害的程度机械 电动等 测量和控制系统的安全性取决于系统的本质安全 至于非本质安全系统 则取决于系统所采取的防护措施需要注意的是 如果测量和控制系统被要求执行安全防护任务以保证过程设备运转的总体安全 对于此类系统主要应在 功能性 可信性和可操作性 等特性下 评估其连续维持各项功能以支持该防护任务的能力与任务无关的系统特性这一类所涉及的是与任务或功能无直接关系 然而对于有效使用系统完成其使命有重要意义的特性这些特性包括由供货商 用户提供的支持服务 文献资料 培训 备件等硬件 软件及通信等的兼容性物理特性如散热 质量等质量保证等一些相关特性可以归类于上述各条目下 见图这种编排结构便于在必要时扩充各主要类目评估时 应根据这些特性考虑并采用合适的国家标准 国际标准和有关法规影响条件在评估系统特性之前 有必要确定系统在执行其使命期间所处的条件系统的这些外部条件可以划分成下列几种范畴 见图系统承担的任务与系统接口的操作人员系统所连接的工业过程系统连接的外部系统为系统服务的公用设施 气 电等系统所处的环境系统可得到的服务 文献资料 维修上述各范畴内都有一系列的干扰影响 其实例见图标准分享网 w w w.b z f x w.c o m 免费下载图系统特性图影响条件的范畴图影响条件除了上述影响条件外 系统的工况还受到系统内部存在的或由系统本身产生的故障和错误的影响对所有各种影响条件的效应进行评估是得不偿失的 在每次评估时 评估的发起人应判断在多大范围内评定这些条件的影响 判断时应考虑到系统对各种影响条件的预定敏感性 系统应用的临界状态以及为评估所能采取的手段评估程序阶段整个评估过程可以分成以下几个阶段确定评估目的评估的设计和规划制定评估计划评估的实施编写评估结果报告在评估过程中 应在计划好的各复查点或按预定的间隔进行复查 此类复查至少应在各阶段结束时进行确定评估目的评估目的主要规定评定的性质 试验的深度 要进行的测量和观察以及评估报告的类别评估成本和实施评估所需的物力都取决于评估目的 因此在制定详细的评估计划之前 依据大量的文件来确定评估目的和评估范围显得尤为重要评估的设计和规划标准分享网 w w w.b z f x w.c o m 免费下载概述在此阶段 将评估目的转化成与目标有关的任务 测量 试验和观察为了有效地完成这一任务 应考虑至所述的各个方面系统配置计划评估的一个重要步骤是确定被评估系统的配置系统的可配置性本身也可以是要评估的一个特性另一方面 也有可能确定诸如下列情况下的特定的配置如果评估的目的是要评估系统满足某一指定应用要求的能力 则评估必须在特定的系统配置上进行 且此配置应加以规定如果评估的目的是要评估系统满足特定工业部门的各种典型要求的适应性 则评估应在可能将以各种方式配置的一系列指定模块上进行因此 应确定各种可选的配置方案 并将这些配置方案都列为评估对象系统边界应通过区分 哪些属于 哪些不属于 被评估的系统 认真确定系统的边界一个系统具有若干截然不同的边界 即与过程 提供能源的设备 系统所处环境 连接的其他 外部系统 系统用户 操作人员 维修人员 以及所承担任务的边界等每一个边界都应做出明确的选择特性和影响条件将系统特性和影响条件编制成文的简便方法是采用矩阵方式 矩阵中的方格对应于每个评估要素汇总评估的通用矩阵表格见图影响条件特性功能性性能可信性可操作性安全性与任务无关任务操作人员过程供电环境服务外部系统图评估矩阵表采用矩阵作为考虑每一种特性和每一种影响条件的手段 当同时考虑到评估目的时 就应决定要求列入评估范围的要素及其相关特性采用子矩阵可以进一步使评估具体化 在子矩阵中 通用矩阵的标题可以扩展成更为详尽的特性和影响条件那些与特定的评估无关的特性和影响条件也应加以确定以备今后查阅 删除的原因应有书面说明对于每一种评估要素 即特性 影响条件应提供详细的说明评估程序的文件和导则以供参考 例如实施评定时必须遵循的试验配置和试验条件如有可能应参考有关标准对评估计划的制约规定了评估要素的评估范围 指定了先后顺序 确定了试验项目以后 应仔细审查每项试验 确定试验是否会妨碍或阻止其他试验项目的正确实施 以至于影响或降低系统的性能这些问题应编成文件 以指出其对评估工作顺序安排的制约作用制定评估计划经上述分析做出的决定落实于评估计划的制定工作中 按时间表列出评估活动及其顺序 同时订出充足的复查点 使评估工作得到有效控制评估工作应以能反映出各种主要制约的逻辑顺序排列 应规定评估协议 说明改变和发布评估计划的主管机构 评估规范和评估报告 需遵循的评估程序 以及在发生意外事故致使评估不能按计划进行时 不需征求上级主管机构意见允许采取的应急措施评估的实施评估时应按照评估计划和规定的协议开展工作如果必需做出改变时 除预先商定可采取应急措施以外 应将变动内容写成报告并与有关主管机构磋商所有的观察 测量 计算等工作均应随时记录在案所有的记录都应妥善保管并加以保密评估报告评估实施情况和评估结果均应列入综合评估和 或 评定报告该报告应准确 清楚 明确和客观地陈述评估的目的 结果和全部的有关内容评估报告至少应包含下列内容一个合适的标题负责评估或评定的机构和 或 人员的证书如果是为了系统的特定应用而进行评估 则过程的类型 输入 输出的类型和数量 要求的扫描速率 系统的使命 任务和功能等应用特征都应包括在内对被评估系统的说明和鉴定 包括一张列出所使用的硬件 包括型号 和软件 包括版本 的表格评估的目的评估特征点及结论汇总表程序 方法 规范和试验项目的报表 最好用矩阵表汇总并用附件补充 以及特定选择矩阵表所列评估要素的理由汇总表报告中同时应记录某些方面为什么不评估的原因任何与评估计划的不一致之处 增加或减少评估项目 均应加以记录并说明原因测量 检查和分析得出的结果 用合适的表格 图片 图纸或照片说明观察到的故障有关测量不确定度的说明关于系统是否符合评估要求的说明评估报告应附一封面 封面注明报告标题 统一编号 评估机构和发布日期格式应该标准化 以便于不同系统评估的比较评估报告发布后若需做改动或增补 只能采用补充报告的形式 报告上应标明原报告的标题和编号补充报告的编写要求与原报告相同标准分享网 w w w.b z f x w.c o m 免费下载