Теория надежности. Основные понятия и определения.. Лекция 1 Теория надежности. Основные понятия и определения. Надёжность
 Скачать 332.5 Kb.
|
Лекция 1Теория надежности. Основные понятия и определения. Надёжностьсвойство системы, обеспечивающее возможность выполнения этой системой заданных функций с заданными характеристиками в определённых условиях эксплуатации в течение требуемого интервала времени Важнейший показатель современной техникинадежность качество эффективность безопасность готовность живучесть НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСТ Р 53480-2009НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ Термины и определения Dependability in technics. Terms and definitions «1. изделие: … … 4,5 восстанавливаемое/ невосстанавливаемое изделие: … … 17. надежность: … … 49. отказ: … … 79 наработка до отказа: … … 212. анализ риска: …» + ГОСТ Р ИСО 9000-2008 – см. «требование», «соответствие», «испытание» … Надежность изделия ГОСТ Р 53480-2009свойство готовности и влияющие на него свойства безотказности и ремонтопригодности, и поддержка технического обслуживания Способность в данных условиях: - выполнить требуемую функцию, в предположении, что внешние ресурсы обеспечены - выполнить требуемую функцию в заданном интервале времени - к поддержанию или восстановлению состояния, в которых оно может выполнить требуемую функцию Критерий надежностипризнак, по которому оценивается надежность1 Характеристики критериев: научность вычисляемость наглядность непротиворечивость др. критериям качества Показатель – численное значение критерия2 1 например, вероятность безотказной работы p(t) 2 p(1000)=0,999 Показатели надежностизадаются Проектирование определяются оцениваются Испытания Эксплуатация ТЗ Программа обеспечения надежности объекта: цели, методики, документы, исполнители, сроки, представление результатов, контроль и пр. Общая схема: последовательное, поэтапное уточнение оценок показателей по мере отработки конструкции, технологии, алгоритмов функционирования, …, накопления информации, применения более адекватных и точных методов расчета и расчетных моделей Методы:
структурные (на основе логических, структурных, функциональных схем, описывающих состояния и переходы элементов) физические (на основе мат. моделей, описывающих процессы, приводящие к отказам) Качественные критерии надежности«рассчитать показатели надежности сложной системы методами современной теории практически невозможно, как невозможно их подтвердить путем испытаний техники. Причинами этого являются неадекватность математических моделей, сложность расчетов из-за большой размерности системы уравнений, отсутствие достоверных данных о надежности элементов сложных систем» Половко, Гуров «Основы теории надежности» стр. 594 Вариант: Система надежна, если удовлетворяет качественным критериям. Качественные критерии*:
не противоречат количественным; не требуют расчетов * Пример комплексного качественного критерия: система абсолютно надежна если число элементов <n, время непрерывной работы <t , нагрузка на элементы не превышает k% от номинальной и отсутствует единая точка отказа Теория надежностинаука, изучающая: закономерности отказов технических систем; критерии и показатели надежности; методы анализа и синтеза техники по критериям надежности; методы обеспечения и повышения надежности; научные методы эксплуатации техники. Разделы теории надежностиМатематическая теория надежности Физическая теория надежности Теория восстановления Прогнозирование Контроль Диагностика Испытания на надежность Особенности теории надежностииспользование математики, теории вероятностей, математической статистики, математической логики, теории СМО, теории графов, методов статистического моделирования, методов оптимизации и др.; случайный характер отказов и восстановлений (вероятностный характер задач); трудность математического моделирования из-за отсутствия достоверных данных о надежности элементов системы; трудность (или невозможность) организации статистических испытаний из-за технических и экономических ограничений; сложность современных систем и, как результат, большая размерность задач. Проблемы, ожидающие решенияНадежность ПО Человеческий фактор в надежности Надежность уникальной техники Надежность глобальных территориальных систем Надежность развивающихся систем и др. ГОСТ 34.602-89 ТЗ на создание автоматизированной системыВ требования к надежности включают: 1) состав и количественные значения показателей надежности для системы в целом или ее подсистем; 2) перечень аварийных ситуаций, по которым должны быть регламентированы требования к надежности, и значения соответствующих показателей; 3) требования к надежности технических средств и программного обеспечения; 4) требования к методам оценки и контроля показателей надежности на разных стадиях создания системы в соответствии с действующими нормативно-техническими документами. Априорный анализ надежностипроектирование; предполагаются известными показатели надежности всех элементов системы; математический аппарат теории вероятностей и случайных процессов. позволяет выявить «слабые» по надежности места в проекте, сравнить варианты. Апостериорный анализ надежностииспытания, эксплуатация; методы математической статистики; получение оценок показателей Элемент и системаДеление условное: один и тот же объект может быть и системой, состоящей из элементов, и элементом более сложной системы При определении надежности системы элемент считают неделимым, а его надежность - заданной Система может включать в себя в качестве элементов и нетехнические объекты: например, ПО, обслуживающий персонал и т.п. Надежность системы зависит от количества элементов, способа их объединения в систему и характеристик надежности каждого отдельного элемента. Классификация технических системНевосстанавливаемая – отказ приводит к неустранимым последствиям, работа системы после отказа считается невозможной или нецелесообразной. Восстанавливаемая – система может продолжать выполнение своих функций после устранения отказа. Отказпотеря способности выполнить требуемую функцию (приводит в состояние неисправности - failure) Критичность отказа – степень тяжести его последствий Признаки классификации отказов: характер; причина; дальнейшее использование; легкость обнаружения и др. Классификация отказовПо характеру возникновения:
постепенные. По причине возникновения: конструкционные; производственные; эксплуатационные. По признаку дальнейшего использования: полные; частичные. По легкости обнаружения: скрытые; явные. Причины отказов ВС (по материалам Gartner Group)среда 10% люди 20% ПО 30% технические средства 40% Дерево отказов (Fault Tree)модель причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями Вершины: - исходные события (отказы) - детально не разработанные события (не доведены до исходных типов отказов) Логические символы: И, приоритетное И (учитывает порядок событий), ИЛИ, исключающее ИЛИ, m из n (голосование) и др. Дуги: причинно-следственные связи Достоинство: наглядность Принцип построенияГОСТ Р 27.302-2009 АНАЛИЗ ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ Недостатки дерева отказовТолько 2 состояния (работа-отказ) (не подходит для частичных отказов) Для каждого конкретного отказа – конкретное ДО Статическое описание в определенный момент времени Пример 1: дерево отказовОтказ системы питания Отказы элементов Основной источник Резервный источник Переключатель Основной источник И И ИЛИ Пример 2: дерево отказовОтказ установки Коррозионный износ
1 2 3 4 Усталостный износ Тепловой износ ИЛИ ИЛИ Резервированиеспособ повышения надежности путем включения резервных (избыточных) элементов Кратность резервирования -отношение числа резервных к числу основных с целой кратностью с дробной кратностью Виды избыточностиАппаратная Программная (например, обработка одинаковых исходных данных разными программами) Информационная (например, многократная передача информации в телекоммуникационных системах, дублирование данных) Временная (например, использование некоторой части производительности системы для контроля за исполнением программ и восстановления вычислительного процесса ) Методы резервированияПо структуре системы:
раздельное (поэлементное) –использование отдельных резервных устройств. По способу включения резервных устройств: постоянное (пассивное) – резервные элементы соединены с основными в течение всего времени работы; замещением (активное) – резервные элементы замещают основные только после отказа последних. Режимы работы резервных элементов Нагруженный – резервные элементы находятся в том же режиме, что и основные Ненагруженный – резервные элементы отключены Облегченный – резервные элементы включены, но работают не на полную нагрузку (т.е. их надежность в резерве выше, чем в рабочем состоянии) Виды эксплуатации техникиЭксплуатация по назначению зависит от условий эксплуатации:
режимов эксплуатации; условий хранения; наличия/отсутствия резервирования. Техническая эксплуатация – предназначена для поддержания высокой надежности техники в процессе работы: анализ данных по критичным элементам; контроль; профилактика и ремонт; оптимизации резервирования. СтандартыГОСТ Р53480-2009 Надежность в технике. Термины и определения ГОСТ Р 27.001-2009 Система управления надежностью ГОСТ Р 27.004-2009 (Модели отказов) ГОСТ Р 27.302-2009 (Анализ дерева неисправностей) ГОСТ Р 27.403 (404)-2009 (Планы испытаний) ГОСТ 27.301-95 Расчет надежности. ГОСТ Р 27.310-95 Анализ видов, последствий и критичности отказов Надежность ЭВМ и ВС определяется 3 составляющими: безотказность ремонтопригодность достоверность функционирования Безотказностьсвойство системы сохранять работоспособность в течение определённого интервала времени. Отказ – нарушение работоспособности, случайное событие, интервал времени между отказами случайная величина с некоторым законом распределения. Критерий безотказности – Тср – среднее время безотказной работы (Mean Time Between Failure, MTBF) Отказоустойчивостьсвойство логической машины выполнять предписанные ей функции, в то время как в физической машине имеет место отказ. Отказоустойчивость предполагает подавление в определённых пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с помощью: средств контроля и коррекции ошибок; средств автоматического восстановления вычислительного процесса после проявления неисправности; аппаратно-программной избыточности. Ремонтопригодностьстепень приспособленности системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путём проведения ремонта и ТО. Критерий -Тв – среднее время восстановления (Mean Time Repair, MTTR) Время восстановления: 70% - поиск неисправности 30% - устранение. Контролепригодностьприспособленность системы к контролю и диагностированию. Задача обеспечения контролепригодности решается на этапе проектирования и включает: выбор точек контроля; формирование типовых элементов замены; создание системы автоматического диагностирования неисправностей; создание аппаратно-программных средств автоматизации испытаний. Достоверность функционированиясвойство машины, определяемое, безошибочностью преобразования информации и характеризуемое закономерностями появлению ошибок из-за сбоев. Сбой – кратковременное, самоустраняющееся нарушение нормального функционирования, вызванное внутренними или внешними помехами электромагнитного характера. Определение показателей надежности на этапе проектированияВыбор методики и математической модели Декомпозиция до уровня элементов, надежность которых является определенной и разработка структурной схемы Расчет показателей по 1,2 Анализ результатов и принятие решения о соответствии надежности системы уровню, определенном в ТЗ Критичность элементастепень влияния элемента на работоспособность системы Учитываются: возможность отказа; тяжесть последствий отказа; устойчивость элемента к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды; возможность локализации отказа; контроль состояния элемента в ходе эксплуатации; резервирование. Элементы ранжируются по степени критичности. Для критичных элементов создаются «информационные паспорта» с технико-экономическими показателями и операциями, которые производились над элементами при восстановлении |