Отказы объектов, их виды и причины. Количественная оценка отказа. Отказы программных средств. Сбои в средствах обработки и передачи данных. Частота отказов

Отказ - событие, заключающиеся в утрате объекта способности выполнить заданные функции. В зависимости от характера изменения параметров объекта, характеризующих отказ, различают отказы: внезапные, постепенные и сбои. При неконтролируемом, скачкообразном изменении параметров изделия считается, что отказ внезапный. Если параметры изделия можно контролировать во времени, то отказ будет считаться постепенным. В соответствии с интервалом жизни изделия отказы делят на несколько групп по причинам наступления. При правильной эксплуатации изделия, первой причиной их отказов являются ошибки, допущенные при проектировании и определении условий эксплуатации. Вторая группа причин вызвана ошибками при изготовлении изделий вследствие нарушения или несовершенства технологий. Третья причина отказов вследствие естественного старения элементов изделия и необратимых физико-химических процессов в них. Для количественной оценки отказа используются данные наблюдения. Пусть N₀ — количество наблюдаемых объектов, которые в процессе эксплуатации могут отказывать. Обозначим через n(t) число объектов отказавших к моменту t.

Вероятности отказа и безотказной работы являются событиями несовместными, противоположными, поэтому:

Q (t) + Р(t) = 1, отсюда:

Q'(t) = - Р'(t) - плотность вероятности события (отказа).

- частота отказа.

При ∆t -> 0 получаем a(t) = - P’(t). Поэтому вероятности отказа и безотказной работы выражаются через частоту отказа так:

Согласно определению вероятность и частоту отказа можно использовать для оценки лишь

(«восстанавливаемых изделий или работы до первого отказа.

Согласно кривой в работе РЭА можно выделить три характерных интервала времени. В начале эксплуатации [0, t₁] частота отказов большая, резко спадающая во времени. Отказы, в основном, производственные. Интервал [0, t₁] обычно называют временем приработки. Если изготовитель проводит входной контроль покупных изделий и приемные испытания с приработкой, то в процессе эксплуатации время приработки может отсутствовать.

В интервале [ t₁, t₂ ] частота отказов снижается по кривой, близкой к экспоненте. Этот интервал намного больше предыдущего и характеризует нормальную работу объектов. Уменьшение a(t) свидетельствует о том, что с ростом t число отказавших объектов за равные интервалы ∆t убывает. Но это не означает повышение надежности, так как отказы продолжаются при меньшем числе исправных объектов.

В интервале [ t₂, t₃ ] частота отказов резко возрастает, что объясняется механическим, электрическим и химическим старением элементов. По истечении времени t₃ количество исправных объектов небольшое, n(t) также становится небольшим. Поэтому a(t) уменьшается. Время t₃ означает переход объекта в предельное состояние. Наработка объекта от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние определяет его технический ресурс.

Сбои.

Существуют еще такие воздействия, которые не вызывают необратимые физические изменения и проявляются кратковременно. При этом работоспособность нарушается лишь временно. Такие временные и самоустраняющиеся отказы называются сбоями. Они наиболее характерны для систем передачи и обработки информации и могут возникать на 2 порядка чаще устойчивых отказов. Искажение результатов выполнения предусмотренного алгоритма, вызванное сбоем, получило название сбойной ошибки. Например, сбои в кодовых комбинациях чисел в ЭВМ, не обнаруживаемые средствами контроля.

В результате может быть искажен, например, модуль мантиссы числа и его знак. В этом случае процесс обработки информации в ЭВМ не прекращается, однако точность вычисления снижается. В случае обнаружения сбоя процедуру обработки или передачи информации необходимо повторить, что приводит к задержке в выдаче обработанной информации. Сбоем в АС считается и тот случай, когда неверен, неполон по количеству сведений или несвоевременно получен какой-либо один результат вычисления, а последующие результаты правильные и получены в срок. Сбои аппаратных средств могут возникать при действии атмосферных помех, нестабильности источника питания, при работе вблизи сильноточных источников: сварочных аппаратов, тиристорных преобразователей и т.п. Вероятность сбоя возрастает, если элементы быстро стареют, если схемное и конструктивное решения неудачные. Сбои – наиболее неблагоприятные явления, т.к. место их проявления обнаружить трудно. Обычно они предшествуют возникновению отказа.

Отказ средств передачи данных означает невозможность передавать требуемый объем информации за определенное время. Он может возникнуть в результате отказа технических средств или в результате действия помех.

В процессе передачи данных внешние помехи могут исказить либо подавить полезный сигнал. Количественной мерой оценки действия помех в канале связи является вероятность искажения бита данных q. Величина q зависит от типа канала связи, а также от времени передачи данных. Так, в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) вероятность искажения бита в телефонном канале общего пользования составляет 2*10^-3. Это обстоятельство потребовало создания специальных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обнаружение, а также исправление ошибок в переданном сообщении.

5. Средняя наработка до отказа, её физический смысл, методы расчёта. Пример. Методы увеличения средней наработки до отказа.

Средняя наработка до отказа - это математически среднее время безотказной работы. Для пользовательских средств управления этот показатель дает информацию о том, сколько времени в среднем может безотказно работать изделие.

Для технических изделий время t неотрицательный аргумент.

В инженерной практике также наблюдается N₀ и фиксируются времена наступления отказов каждого изделия

Отказавшее в момент ti изделие изымается из эксплуатации и не заменяется новыми. Чем больше число испытываемых изделий, тем точнее определяется Т₁.

Средняя наработка до отказа является одной из технических характеристик при работе изделий до первого отказа.

6. Наработка на отказ, её физический смысл, методы расчета для изделий, содержащих восстанавливаемые звенья. Пример.

В случае восстанавливаемых изделий среднее время работы до первого отказа, а также между первым и вторым, вторым и третьим и т.д. отказами могут оказаться разными. Поэтому надежность восстанавливаемых объектов оценивается наработкой на отказ T₂: это среднее значение времени между соседними отказами при условии восстановления каждого отказавшего объекта. Статистически T₂ определяется следующим образом. Пусть испытания проводятся с одним изделием. Обозначим через n — число отказов за время испытания t. а через t_i — время безотказной работы между i-1 и i-м отказами. Тогда наработка на отказ определится выражением

Если испытания проводятся с N₀ изделиями, то их наработка на отказ определится выражением, усредняющим по всему множеству изделий:

где T2j (j=1,...,J) — наработка на отказ j'-ой группы изделий, вычисленная по предыдущей формуле.

Наработка на отказ зависит от сложности изделий, их конструктивного и схемного решения, технологии изготовления, условий эксплуатации.

7. Среднее время восстановления, его физический смысл, методы расчёта для изделий, содержащих восстанавливаемые звенья. Пример.

Совокупность операций но обнаружению и устранению отказа и его причин называют восстановлением. Под средним временем восстановления τ_ср, понимают математическое ожидание времени восстановления исправного состояния — отыскания и устранения одного отказа. Если обозначить через n — число отказов изделия в процессе наблюдения или испытания, а через τ_i — время восстановления изделия после i-го отказа, то среднее время восстановления изделия по статистическим данным определится выражением:

Если наблюдается работа N изделий, то среднее время их восстановления определится следующим выражением:

где n_j — число отказов j-го изделия (j=[ 1,…,N ]);

τ_ji. — время восстановления j-го изделия после i-го отказа. Как и наработка на отказ, среднее время восстановления зависит от уровня технической подготовки обслуживающего персонала, опыта в эксплуатации, позволяющего быстро обнаружить и устранить отказы. Оно также зависит от совершенства конструкции — возможности быстрого контроля и замены отдельных узлов и блоков. Например, для ЭВМ τ_в <=0.5 часа, согласно техническим условиям. Согласно типовым международным требованиям для телефонных систем общего пользования время восстановления должно составлять не более 1ч за 20 лет эксплуатации. Среднее время восстановления новых изделий обычно больше среднего времени восстановления изделий, эксплуатируемых длительное время, так как еще не накоплен опыт в поиске мест отказов и их быстрой ликвидации. Дпя уменьшения τ_ср рекомендуется использовать аппаратно-программные средства диагностики для локализации места отказа.