Термины теории надежности

Надежность-свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в допустимых пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность изделия обуславливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью и долговечностью его частей.

Работоспособность-состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Безотказность - свойства изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных простоев.

Наработка-продолжительность или объем работы изделия, измеряемые в часах, циклах,кубометрах, километрах или в других единицах.

Отказ -случайное событие, после которого изделие перестает выполнять целиком или частично свои функции. Отказ-нарушение работоспособности изделия.

Неисправность-несоответствие требованиям технической документации.

№ Классификационный признак Виды отказов

1 По степени влияния на работоспособность Полный, частичный

2 По физическому характеру проявления отказа Катастрофический,

параметрический

3 По связи с другими отказами Независимый,

зависимый

4 По характеру проявления отказа Внезапный,

постепенный

5 По времени существования Устойчивый,

временный, сбой

Свойства изделия, заключающиеся в его приспособленности к предупреждению,

обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта называются ремонтопригодностью.

Изделия, вновь используемые по назначению после устранения отказа, называются восстанавливаемыми или ремонтируемые. Ремонтируемость характеризуется временем восстановления Тв, которое затрачено на устранение отказа. Для сложных изделий вводится понятие готовности. Под готовностью понимает свойства изделий, характеризующие его способность к переходу от режима восстановления к рабочему режиму.

Изделия, которые не возможно использовать после отказа (микросхема, ракеты) называются неремонтируемые или невосстанавливаемые.

Свойства изделия сохранить работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов называется долговечностью. Количественно для большинства изделий долговечность характеризуется временем эксплуатации. Для переключателей долговечность характеризуется числом циклов функционирования. Долговечность характеризуется сроком службы и ресурсов. Обнаружение отказа, устранение причины отказа, замена отказавших деталей, регулировка и настройка Срок службы определяется календарной продолжительностью эксплуатации изделия до момента возникновения предельного состояния или до списания.

Ресурс - это наработка изделия до предельного состояния. Различают ресурс до первого ремонта, межремонтный ресурс, назначенный ресурс.

Свойства изделия сохранять эксплуатационные показатели в течении срока хранения, установленного в технической документации, называется сохранимостью. Показателем сохранимости служит средний срок сохранимости.

Обслуживаемость - это одно из свойств, характеризующее простоту ухода, осмотра и настройки изделия.

Классификация электронной аппаратуры.

1. По сложности:

· элементы;

· устройства;

· системы.

Элементом называется деталь, которая самостоятельно не применяется и не разбирается: транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, и т.д. К элементам относятся типовые схемы, а именно: усилитель, инвертор, триггеры и т.д. Часто их называют компонентами.

Устройством называется совокупность элементов, объединенных в общую законченную техническую конструкцию, имеющую самостоятельное эксплуатационное назначение, например, приемник, передатчик, сумматор, индикатор и др.

Системой называется техническая обоснованная совокупность совместно действующих устройств, предназначенных для выполнения определенной практической задачи, например, ЭВМ, система телемеханики и др.

2. По способу применения:

· разового действия;

· дежурная аппаратура;

· многоразового действия.

Аппаратура разового действия используется по своему целевому назначению только один раз. Это ракетная аппаратура, космическая и т.д. Аппаратура не восстанавливается. Имеет режим хранения, когда ее можно будет восстанавливать.

Дежурная аппаратура может использоваться несколько раз. Время подачи заявки на использование аппаратуры является случайным. К этому моменту времени аппаратура должна быть исправлена и безотказно работать в течении, указанного в заявке. Контроль состояния и восстановления дежурной аппаратуры может осуществляться либо между заявками, либо специальное отведенное время. Например, измерительная аппаратура, аппаратура связи, радиолокационные станции, телевизоры и т.д. Дежурная аппаратура ремонтируется и восстанавливается.

Аппаратура многоразового действия является непрерывно работающей в течении отведенного времени. Периодическое проведение профилактических работ составляет незначительную часть времени. Например, ЭВМ, диспетчерская централизация и др.

Аппаратура ремонтируется и восстанавливается.

23. Способы резервирования.

Резервирование - метод повышения надежности введением избыточности. Избыточность - дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения системой заданных функций.

Различают резервирование, предусматривающее использование избыточных элементов структуры системы (структурное резервирование), избыточного времени (временное резервирование), избыточной информации (информационное резервирование), использование способности элементов выполнять дополнительные функции (функциональное резервирование). В дальнейшем будем рассматривать главным образом структурное резервирование, как наиболее простой и эффективный способ резервирования.

При резервировании различают основной элемент и резервный. Основной - это элемент структуры системы, минимально необходимый для выполнения системой заданных функций. Резервный - это элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности системы в случае отказа основного элемента.

По способу соединения резервных элементов различают резервирование постоянное, замещением и скользящее. Постоянным - резервирование, при котором резервные элементы участвуют в функционировании системы наравне с основным элементом. Резервирование замещением - при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента. Скользящим называется резервирование замещением, при котором группа основных элементов системы резервируется одним или несколькими элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе.

Замещение может происходить либо автоматически, либо вручную. В обоих случаях имеет место переключатель для подключения резерва. Наличие переключателя усложняет систему и снижает ее надежность из-за возможных отказов в переключателе.

В информационно-вычислительных и дискретных системах управления используется кворумное. Кворумное резервирование - при котором сравниваются выходные сигналы некоторого количества s параллельно работающих устройств и во внешнюю цепь выдается сигнал y ("0" или "1"), который имеют на выходе не менее заданного числа (кворума) устройств.

По способу включения резерва различают нагруженный, облегченный и ненагруженный резервы. При нагруженном резерве резервный элемент находится в том же режиме, что и основной, интенсивность отказов у них одинакова. При облегченном резерве резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, т.е. интенсивность отказов у него меньше, чем у основного элемента, а если резерв ненагруженный, то резервный элемент не несет нагрузки, его интенсивность отказов равна интенсивности при хранении, которая обычно пренебрежимо мала, так что в расчетах принимают l=0.

В зависимости от того, резервируется ли вся система в целом или ее отдельные части, различают общее, раздельное и смешанное резервирование. Резервирование, при котором резервируется система в целом, называется общим, если резервируются отдельные элементы системы или их группы, раздельным. Совмещение различных видов резервирования представляет собой смешанное резервирование.Резервирование усложняет систему, увеличивает габариты и вес системы, потребление энергии, повышает стоимость. Вводя резервирование, необходимо обосновывать его целесообразность.

24. Экспоненциальный закон распределения и закон распределения Вейбулла, их использование в теории надежности.

Экспоненциальный закон распределения наиболее широко используется в качестве вероятностной модели для времени безотказной работы и времени восстановления.

f(t)=le^-lt, F(t)=1-e^-lt, где l-параметр.

Числовые характеристики:

M[t]=1/l-математическое ожидание; D=1/l²-дисперсия; s=1/l–среднее квадратическое отклонение; v=1-коэффицтент вариации.

Широкое использование экспоненциального закона обусловлено рядом причин. Для ИВС в большей или меньшей мере характерно наличие трех периодов эксплуатации: приработка, нормальная эксплуатация и старение или износ (рис 1.1 а).

Рис.1.1. Зависимость l(t): а- для изделий, имеющих приработочные, внезапные и износовые отказы; б- для закона распределения Вейбулла. I- период приработки; II- период нормальной эксплуатации; III- период износа и старения.

Экспоненциальный закон является однопараметрическим законом и для его задания достаточно иметь минимум информации об устройстве: его наработку на отказ и среднее время восстановления:

Для экспоненциального закона распределения условная вероятность безотказной работы на отрезке времени от t до t+Dt, при условии, что до момента t отказа не произошло равна

зависит только от длительности интервала Dt и не зависит от времени t, от того сколько устройство уже проработало.

Предыдущую формулу можно разложить в ряд

.

Для высоконадежных ИВС lt<<1 и в расчетах можно ограничиться первыми двумя слагаемыми, тогда приближенно получим

P(t)»1-lt; Q(t)»lt

В случаях, когда имеется информация о том, что время безотказной работы подчиняется другим законам распределения, следует стараться использовать более точные математические модели.

Закон распределения Вейбулла представляет собой распределение наименьшей величины из большого числа независимых одинаково распределенных величин. Физически этому закону соответствует случай, когда устройство состоит из большого числа однотипных элементов и отказ устройства наступает при первом отказе любого из них:

, где a - временной параметр масштаба; a=1/a- частотный параметр масштаба; b - параметр формы.

Числовые характеристики

M[t]=ag₁(b); s=ag₂(b); v=g₂(b)/ g₁(b),

где g₁(b)=G(1+1/b); g₂(b)= -гамма-функция.

В зависимости от величины коэффициента формы b этот закон изменяет свой вид, что позволяет описывать внезапные, износовые и приработочные отказы. При b=1 закон Вейбулла обращается в экспоненциальный закон, описывающий внезапные отказы; при b>1 он описывает процессы износа и старения, у которых интенсивность отказов со временем возрастают; при b<1 - описывает процесс приработки, у которого интенсивность отказов убывает (см. рис. 1.1. б).

Закон распределения Вейбулла – двухпараметрический закон, наиболее полно отражает физический смысл процессов возникновения отказов сложных устройств и как правило дает достаточно точную математическую форму описания этих процессов. Он является обобщением экспоненциального закона на случай переменной интенсивности отказов. Кроме того этот закон позволяет, увеличивая число параметров, осуществить дальнейшие обобщение описания процессов возникновения отказов на случай, когда устройство состоит из разных элементов или в одних и тех же элементах имеет место разные типы отказов (внезапные, износовые, старения, приработочные).

Обобщая этот подход для закона распределения Вейбулла, можно получить общее выражение для произвольного числа параметров:

где a1,a2,a3, b1,b2,...-параметры закона распределения.

Архитектура ЭВМ и систем.

1. Многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы. Принципы построения и проблемы объединения. Супер-ЭВМ.

При повышении быстродействия ЭВМ делается упор на принцип параллелизма на устройства обработки информации и создания многомашинных и многопроцессорных выч. сист. Проблема обеспечения надежности решается использованием принципа избыточности. Появление дешёвых и небольших по размерам МП и микроЭВМ облегчило построение и расширило область применения многопроцессорных и многомашинных ВС разного назначения.

Различие понятий многомашинной(а) и многопроцессорной(б)ВС поясняет рис.

Вычислительная система называется многопроцессорной, если она содержит несколько процессоров, работающих с общей ОП (общее поле оперативной памяти), и управляется одной общей операционной системой. Часто в МПС организуется общее поле внешней памяти(равнодоступность устройств любому процессору и каналу).

В МПС по сравнению с ММС достигается более быстрый обмен информацией между процессорами (через общую ОП) и поэтому может быть получена более высокая производительность,надежность.

Однако построение многомашинных систем из серийно выпускаемых ЭВМ с их стандартными ОС значительно проще, чем построение МПС, требующее преодоления определенных трудностей, возникающих при реализации общего поля памяти, и, главное, трудоемкой разработки специальной операционной системы.

Многомашинные и многопроцессорные системы могут быть однородными и неоднородными. Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры. Неоднородные ММС состоят из ЭВМ различного типа, а в неоднородных МПС используются различные специализированные процессоры.МПС и ММС могут иметь одноуровневую и иерархическую (многоуровневую) структуру.

Принципы организации МПС и ММС существенно отличаются в зависимости от их назначения, поэтому целесообразно различать:

1) ВС, ориентированные в первую очередь на повышение надежности и живучести;

2) ВС, ориентированные в первую очередь на достижение сверхвысокой производительности (суперЭВМ).

Связь между машинами может осуществляться несколькими способами (на нескольких уровнях структуры машин):

1) на уровне процессоров - через интерфейс прямого управления (в ММК) и через общее поле оперативной памяти (в МПК);

2) на уровне каналов ввода-вывода - при помощи адаптеров канал - канал (используются в ММК);

3) на уровне внешних ЗУ - через общие поля внешних ЗУ, создаваемых с помощью разделенных устройств управления (с встроенными в них двухканальными переключателями) запоминающими устройствами на дисках и лентах (применяются в ММК и МПК).

В многопроцессорных ВК создается общее поле ОП, обеспечивающее наибольшую скорость обмена данными между основными устройствами комплекса - процессорами, модулями памяти, каналами ввода-вывода.Существует проблема реализации общей ОП

Супер ЭВМ. Сейчас существуют две структуры построения суперЭВМ: а) с общим потоком команд; б) конвейерная (со специальными средствами обработки векторов).