Основные эксплуатационные характеристики

Общие положения

Эксплуатация ЭВМ заключается в использовании машины для выполнения всего комплекса возложенных на нее задач. Для эффективного использования ВТ и поддержания ее в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации должно проводиться техническое обслуживание. Техническое обслуживание – комплекс мероприятий, необходимый аппаратурой и оборудованием, предназначенным для эффективной эксплуатации и ремонта ВТ. Существует 3 вида обслуживания: индивидуальное, групповое, централизованное. При индивидуальном сервисе обеспечивается обслуживание одной машине средствами и силами пользователя.

Групповой сервис служит для обслуживания средств вычислительной техники, объединенной в одном вычислительном центре. В одном вычислительном центре, куда должны входить инженерно-технические группы, которые занимаются только обслуживанием и мелким ремонтом ВТ. При этом предполагается наличие диагностической аппаратуры и приспособлений, наличие необходимого ЗИПа.

Централизованный сервис – является более прогрессивной формой обслуживания ВТ. Система централизованного технического обслуживания представляет собой сеть региональных центров обслуживания и филиалов (пунктов ТО). Эти организации в централизованном порядке осуществляют: монтажно-наладочные работы и ввод в эксплуатацию ВТ, устранение сложных отказов, возникающих в процессе эксплуатации, централизованный ремонт, снабжение вычислительных центров ЗИПом, оказание помощи обслуживающему персоналу по вопросам ПО и совершенствования эксплуатации, управление процессом обслуживания ВТ, на основе данных учета и анализа, подготовку персонала, ввод в эксплуатацию пакетов прикладных программ.

Все мероприятия, входящие в техническое обслуживание можно разделить на 3 группы:

1. Контроль технического состояния ВТ – служит для контроля работы, локализации мест неисправностей, исключения влияния случайных сбоев на результат вычислений. Данный контроль осуществляется силами самой ВТ.

2. Профилактическое обслуживание. Представляет собой ряд мероприятий, направленных на поддержание заданного технического состояния ВТ в течение определенного промежутка времени и продление ее технического ресурса. Эти мероприятия делятся на 2 группы:

a. Внешний осмотр, очистка.

b. Работы, проводимые на включенной машине (с помощью тестовых программ).

3. Текущее техническое обслуживание – комплекс мероприятий и ремонтных работ, направленных на восстановление утраченных свойств или работоспособности путем замены или восстановления утраченных блоков.

Основные эксплуатационные характеристики

Возможности технического обслуживания техники определяется эксплуатационными характеристиками. Под работоспособностью вычислительной техники понимают способность ее функционировать, обеспечивая выполнение заданных функций с параметрами, установленными требованиями технической документации. Эта характеристика позволяет судить о состоянии вычислительной техники только в определенный момент времени. Однако при эксплуатации ВТ важно знать ее состояние не только в данный момент, но и способность выполнять возложенные на ВТ задачи в течение заданного промежутка времени. Для этой цели вводится понятие безотказность. Под безотказностью ВТ понимают ее способность сохранять работоспособность в течение заданного интервала времени при определенных условиях эксплуатации. На этапе хранения ВТ пользуются такой характеристикой, как сохранность, под которой понимают способность ВТ сохранять исправное состояние при заданных условиях хранения. В процессе эксплуатации обслуживающий персонал сталкивается с такими вопросами, как: удобство доступа к блокам, элементам монтажа, приспособленность ВТ к устранению неисправностей. Для характеристики ВТ с точки зрения ее приспособленности к ремонту вводится понятие «ремонтопригодность». Требования к ремонтопригодности предъявляются в зависимости от условий ее эксплуатации (так, бортовые ЭВМ в силу специфики использования не рассчитаны на обычное техническое обслуживание, поэтому такие ЭВМ неремонтопригодные, отсюда другой подход к компоновке таких машин, поскольку вопрос ремонта в данном случае в основном возлагается на саму ВТ). Под долговечностью понимают свойство ВТ сохранять работоспособность для определенного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Важной характеристикой ВТ является надежность ее работы.

Принципы организации эксплуатации ВТ. Эффективность использования ВТ во многом зависит от того, насколько рационально организована эксплуатация ВТ. В целом организация эксплуатации включает в себя:

1. Выбор системы обслуживания. Общая система эксплуатации ВТ и количество персонала, обслуживающего и обеспечивающего работу средств ВТ зависит от количества и класса машин, характера решаемых задач, от режима работы (односменная, двусменная, круглосуточная). От типа предприятия, в котором эксплуатируется ВТ. Наилучшим предприятием с точки зрения решения больших функциональных задач с точки зрения эксплуатации является вычислительный центр. Обычно в состав ВЦ (фирм, имеющих большое количество ЭВМ, более 250) входят подразделения технического обслуживания средств ВТ, отделы программистов. Центры автоматизированного управления объектами или технологическими процессами не имеют большого количества программистов. Основным в таких организациях является подразделение технического обслуживания. Независимо от назначения и области применения, современная ВТ представляет собой систему, состоящую из технической (аппаратной) и программной частей, и для рациональной организации такой системы необходимо обеспечивать 3 стороны в ее обслуживании: оперативную, техническую и математическую. Оперативное обслуживание заключается в подготовке и вводе информации, контроле за ходом вычислительного процесса и вмешательстве в него по мере необходимости. Техническое обслуживание служит для поддержания ВТ в работоспособном состоянии. Математическое обслуживание обеспечивает подготовку задач к реабилитации.

2. Материальное обеспечение обслуживания ВТ. Качество эксплуатации ВТ зависит от обеспечения ее контрольно-измерительными приборами, запасными элементами. Большое значение имеет создание необходимых условий для нормального функционирования вычислительных средств (температурно-влажностный режим, режим электропитания и др.). Для обслуживающего персонала – климатические условия, уровень шумов, освещенность и т.п. Эксплуатация ВТ должна тщательно планироваться. Планирование должно охватывать весь круг вопросов, относящихся как к составлению общей программы работы всего комплекса вычислительных средств, распределения рабочего времени и т.п., так и ко всей работе обслуживающего персонала. Рациональная организация эксплуатации должна предусматривать накопление статистического материала по результатам эксплуатации ВТ с целью его обобщения, анализа и выработки рекомендаций по совершенствованию структуры обслуживания, повышения эффективности использования вычислительных средств, снижению эксплуатационных расходов.

3. Определение необходимого количества обслуживающего персонала и его квалификация. Важным вопросом организации обслуживания ВТ является вопрос определения рациональной численности, квалификации и схемы расстановки специалистов для его проведения. При круглосуточной работе обслуживание ведется сменным персоналом, организованным в дежурные группы (смены). Эксплуатация ВТ может быть также односменной или двухсменной. Состав обслуживающего персонала зависит от вида технического обслуживания и режима эксплуатации ВТ.

4. Планово-профилактические работы. Проводятся с целью поддержания средств вычислительной техники в исправном состоянии, выявления отказов оборудования, предупреждение сбоев при работе ВТ.

5. Эксплуатационная документация. Состав ЭД зависит от назначения ВТ. Комплект ЭД на различные средства ВТ различен.

6. Планирование эксплуатации ВТ. Является основой рациональной организации эксплуатации ВТ. Оно служит для определения конкретной программы действий обслуживающего персонала на какой-либо календарный срок. Исходными данными для планирования эксплуатации средств вычислительной техники является характер и объем загрузки машин, технические эксплуатационные характеристики ЭВМ, трудоемкость всех видов работ, выполняемых на вычислительной технике при ее обслуживании, количество обслуживающего персонала и уровень его квалификации. Различают следующие виды планирования:

a. Оперативно-календарное. Заключается в составлении плана загрузки машин и работы обслуживающего персонала исходя из объемов запросов на машинное время, ресурса и норм технического обслуживания средств вычислительной техники. При данном виде планирования разрабатывается план выделения машинного времени (обычно составляется на 7-10 суток). Разрабатывается диспетчерский план использования ВТ и расписание работы дежурных смен.

b. Организационно-технических мероприятий. Планирование заключается в составлении программы работы обслуживающего персонала на определенный календарный срок эксплуатации ВТ.

c. Обеспечение эксплуатации. Расчет потребности в расходных материалах. Составляются заявки на приобретение ЗИПа.

7. Анализ и учет результатов эксплуатации. В процессе эксплуатации ВТ необходимо вести журнал технической эксплуатации и журнал учета машинного времени. Накопленная в журналах информация позволяет дать количественную оценку эксплуатационных свойств вычислительной техники, проанализировать качество ее работы и выработать рекомендации по улучшению обслуживания ВТ.

8. Организация и систематическое обучение обслуживающего персонала.

Классификация ошибок и неисправностей средств ВТ. Все неисправности ВТ можно классифицировать по следующим признакам:

1. Характеру возникновения.

2. Длительности существования.

3. Внешнему проявлению.

4. Степени влияния на работоспособность и причине возникновения.

Ошибки возникают по разным причинам, и могут носить характер отказов или сбоев. Отказ – это событие, заключающееся в полной или частичной утрате ВТ работоспособности. Отказ ЭВМ – такое нарушение ее работоспособности, для восстановления которой требуются определенные действия по ремонту (замене) неисправного элемента, блока. Отказы могут быть классифицированы по ряду признаков:

1. По степени влияния на работоспособность:	полный отказ, неполный (или частичный) отказ.
2. По физическому характеру проявления отказа:	катастрофический отказ, параметрический отказ.
3. По связи с другими отказами:	независимый отказ, зависимый отказ.
4. По характеру процесса проявления:	внезапный отказ, постепенный отказ.
5. По времени существования отказа:	устойчивый отказ, временный отказ, перемежающийся отказ.

Параметрические отказы компонентов являются частичными отказами сложных изделий, в которые они входят и выражаются в ухудшении качества функционирования изделий. Это ухудшение может быть устойчивым или временным. Отказ является одним из проявлений неисправности изделия. Изделие – это деталь (компонента, элемент, прибор, устройство, система). Неисправность – несоответствие одному или нескольким требованиям, предъявляемым в отношении основных характеристик, так и в отношении внешнего вида, удобства эксплуатации и т.п. Не все неисправности являются отказами. Неисправности, не приводящие к отказам, называются дефектами.

Сбои – это кратковременные нарушения нормальной работы ВТ вследствие кратковременного изменения параметров элементов. После сбоя ВТ может длительное время работать нормально, однако сбой сопровождается искажением информации при ее передаче, хранении или обработке. Если не устранить последствия сбоя, то задача может оказаться неправильно решенной из-за искажения данных в промежуточных результатах или в самой программе. Если при отказе для восстановления работоспособности ВТ необходимо устранить неисправность в аппаратуре, то при сбое для получения правильного решения требуется восстановить лишь достоверность информации путем повторной передачи, или повторного прогона части или целой программы. Таким образом, возникновение неисправности ВТ вызывается появлением случайных событий – отказов или сбоев, которые в информационном плане приводят к появлениям ошибок в работе всей вычислительной техники. При разработке системы контроля необходимо учитывать, что с точки зрения вероятности возникновения ошибок, различные устройства ВТ не одинаковы (электро-механические элементы, блоки питания, на долю которых приходится основная часть неисправностей, возникающих в ВТ).

Основные задачи контроля и диагностики средств ВТ. По мере расширения области применения ВТ большое значение приобретает задача обеспечения правильности их работы.

Современная вычислительная техника широко используется в оперативном режиме, работая в реальном масштабе времени в качестве средств управления. Для повышения надежности работы ВТ в настоящее время применяется 2 принципиально различных способа борьбы с неисправностями компонентов.

1. Резервирование аппаратуры. Позволяет быстро нейтрализовать возникшую неисправность.

2. Обнаружение неисправностей диагностической процедурой. Программная диагностика, аппаратно-программная диагностика. В условиях управления процессами в реальном времени и для обработки информации в оперативном режиме (системы с разделением времени) очень важно предотвратить полный выход системы из строя в течение весьма небольшого времени. Это обуславливает необходимость использования средств обнаружения и диагностики во время профилактики и ремонта. Программный контроль – изучить самостоятельно.

Проблемы надежности и ее значение для современной техники. Надежность является одной из основных инженерных проблем. За последние 40-50 лет проблема надежности электронных систем и входящих в нее элементов сильно обострилась. Это обусловлено, главным образом, следующими причинами:

1. Ростом сложности современных систем, включающих до 10^5-10^11 элементов.

2. Интенсивностью режимов работы систем или отдельных ее частей при высоких температурах, высоких давлениях, высоких скоростях.

3. Сложностью условий, в которых эксплуатируется техническая система (низкие и высокие температуры, высокая влажность, вибрация, ускорение, радиация).

4. Требования к качеству работы систем. Высокая точность, эффективность.

5. Повышение ответственности функций, выполняемых системой высокой технической и экономической ценой отказа.

6. Полная или частичная автоматизация и исключение непосредственного участия человека при выполнении технической системой ее функций, исключение непрерывного наблюдения и контроля со стороны человека.

Обеспечение надежности.

Пути повышения надежности. Дальнейшее развитие науки и техники требует существенного повышения надежности изделий, что может быть достигнуто путем развития научных основ проектирования изделий с целью обеспечения заданных требований к надежности и долговечности и принятие мер по совершенствованию методики конструирования, производства и эксплуатации изделий.

В области конструирования необходимо:

1. Знать физику работы (функционирование) изделия.

2. Знать физику отказов.

3. Использовать материалы, комплектующие элементы высокого качества, стимулировать разработку новых, еще более высококачественных материалов и полуфабрикатов.

4. Иметь все необходимые данные о свойствах, характеристиках и параметрах материалов и комплектующих элементов, с целью правильного выбора режимов и условий их применения.

5. Создавать новые схемы блоков, приборов и систем повышенной надежности с учетом условий и режимов работы.

6. Создавать надежные конструкции изделий с учетом условий эксплуатации, места установки на объекте организации эксплуатации.

7. Широко использовать применение унифицированных деталей и узлов высокого качества. Использовать модульно-блочные агрегатные принципы конструирования.

8. Производить анализ и расчет функциональных характеристик, расчеты на надежность по отношению к основным видам отказов всех основных элементов, а также всего изделия (системы) в целом.

В области производства необходимо:

1. Строгий контроль качества материалов, комплектующих изделий.

2. Использование современных технологических методов и совершенного технологического оборудования.

3. Обеспечение чистоты и комфорта в производственных помещениях.

4. Строгий контроль технологических операций, контроль качества работы технологического оборудования.

5. Контроль за качеством изготавливаемого изделия после каждого основного этапа изготовления.

6. Полный контроль свойств, характеристик и параметров всего изделия после его изготовления.

7. Применение современных способов упаковки для хранения и транспортировки изделия.

В области эксплуатации необходимо поддерживать заданные параметры качества, для этого необходимо:

1. Применять тщательно разработанные и обоснованные инструкции и методики по эксплуатации, а также по профилактике и ремонту.

2. Использовать только квалифицированный персонал, вполне подготовленный к обслуживанию изделий.

3. Правильно установить права, обязанности и ответственность обслуживающего персонала.

4. Организовать на объекте сбор полных и достоверных статистических данных об отказах и простоях изделия.

5. Периодически производить анализ данных и разрабатывать рекомендации по улучшению эксплуатации. Для совершенно новых видов изделий потребовать организации опытной эксплуатации в условиях объекта с участием разработчиков и изготовителей.

В литературе и в некоторых стандартах приводится определение понятия «надежность», существенно отличающееся по смыслу от сформулированного ранее. Иногда это понятие отождествляется с его численной оценкой. Надежностью называется вероятность безотказной работы системы в течение времени t.

Q(t)=1-P(t).

Численные показатели не могут быть определениями физических явлений. Такие заявления ошибочны. Часто понятие «надежность» связывают со временем работы технического изделия. Однако время – лишь аргумент показателей надежности, такой же, как число элементов в системе, интенсивность отказов. Манипулируя временем, можно прийти к ложным выводам. Пусть Р1(100)=0,95, Р2(200)=0,92. Утверждать, что Р1>P2 нельзя. Ответ в данном случае неизвестен. Ошибочно также определение, в котором понятие «надежность» трактуется, как совокупность свойств безотказности, ремонтопригодности, сохранности, долговечности. В подобных определениях содержится 2 ошибки: во-первых, безотказность, ремонтопригодность, долговечность не являются физическими свойствами техники, во-вторых, физическое свойство не может быть совокупностью других физических свойств. Приведенные выше определение понятия «надежности» называют «технарскими» или «монтерскими».

Отказы. Понятие, характеристики.

Отказ – событие, после возникновения которого технические характеристики объекта (параметры) выходят за допустимые пределы. Это субъективное понятие. Отказ – фундаментальное понятие теории надежности. Критерии отказа – отличительный признак, или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа. По типу, отказы подразделяются на: отказы функционирования, при которых прекращается выполнение объектом основных функций; отказы параметрические, при которых параметры объекта изменяются в недопустимых пределах. По своей природе, отказы могут быть:

1. Случайные.

2. Систематические.

Основными принципами классификации отказов являются:

1. Характер возникновения.

2. Причина возникновения.

3. Последствия отказов.

4. Дальнейшее использование объекта.

5. Легкость обнаружения.

6. Время возникновения.

Терминология теории надежности.

Структура системы – взаимосвязи и взаморасположение составных частей системы и ее устройств. Расчленение системы на группы элементов может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую и другие основы. Понятие структуры связывают с ее графическим отображением. В зависимости от связи между элементами различают следующие виды структур: последовательные, параллельные, сетевые и иерархические.

Исправность – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным в нормативно-технической документации. Понятие исправности шире, чем понятие работоспособности.

Работоспособный объект обязан удовлетворять лишь тем требованиям научно-технической документации, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению.

Предельное состояние – состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Применение объекта по назначению прекращается в следующих случаях:

1. При неустранимом нарушении безопасности.

2. При неустранимом отклонении величин от заданных параметров.

3. При недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.

Наработка – продолжительность, или объемы работы объекта, измеряемые единицами времени (циклами работы). Наработка между отказами – наработка объектов от окончания восстановления его работоспособности после отказа до возникновения следующего отказа.

Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации до перехода в предельное состояние. Для невосстанавливаемых объектов понятие технического ресурса и наработка до отказа совпадают.

Назначенный ресурс, срок службы.

Время восстановления рабочего состояния.

Безотказность – способность объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени, или некоторой наработки. Иногда в литературе безотказность отождествляют с понятием надежность.

Долговечность – способность объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Показатели долговечности: средний ресурс (математическое ожидание), гамма-процентный ресурс (наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с вероятностью гамма, выраженное в процентах). Средний срок службы – математическое ожидание срока службы. Гамма-процентный срок службы – это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью.