Основные свойства надежности АСОИУ

Понятие «надежность» давно используется в инженерной практике. Технические средства всегда изготавливались в расчете на заданный период использования. Однако долгое время надежность не измерялась количественно, что значительно затрудняло ее объективную оценку. Для оценки надежности используют качественные показатели. Установление количественных показателей надежности, способов их измерения и расчета положило начало научным методам исследования надежности. Обеспечение надежности систем в современных условиях развития науки и техники является важнейшей проблемой, успешное решение которой во многом определяет прогресс общества. Определяющее значение в этом процессе имел вклад русской математической школы (например, работы Андрея Андреевича Маркова, Пафнутия Львовича Чебышева, Александра Михайловича Ляпунова, Сергея Натановича Бернштейна, Андрея Николаевича Колмогорова, Александра Яковлевича Хинчина. В.И. Гливенко, А.Н. Колмогоров и А.Я. Хинчин заложили основы теории вероятности и аналитические основы марковских процессов. Острота проблемы надежности со временем возрастала по причинам: роста сложности ТС; повышения интенсивности режимов работы систем или отдельных их элементов: при высоких температурах, высоких давлениях, высоких скоростях; сложности условий, в которых эксплуатировались системы (низкие или высокие температуры, высокие влажность, вибрации, ускорения и радиация); высоких требований, предъявляемых к качеству работы систем (высокие точность и эффективность); повышения ответственности функций, выполняемых системой, высокой технической и экономической ценой отказа; полной или частичной автоматизации и исключения непосредственного участия человека при выполнении системой ее функции, исключением непрерывного наблюдения и контроля со стороны человека. Можно выделить наиболее показательные характеристики: Первый этап: постановка задач, стимулирование внимания к вопросам надежности; систематическое изучение и обеспечение надежности элементов; задание требований к количественным показателям надежности изделий и проверка выполнения требований путем расчетного определения надежности при проектировании. Второй этап: изучение надежности систем на всех стадиях их создания, усиление внимания к экспериментальной отработке техники; задание требований к количественным показателям надежности и достоверности их определения, указание в техническом задании (ТЗ) на необходимость экспериментального подтверждения выполнения требований по надежности. Третий этап: использование всех практически целесообразных средств для достижения высокой надежности изделия на возможно более ранней стадии проектирования; установление требований, анализ полученных и уточнение ожидаемых результатов по основным мероприятиям, обеспечение контроля надежности в рамках «Программ обеспечения надежности» на всех стадиях создания и применения систем. Четвертый этап: автоматизация расчетов и прогноза надежности систем; переход от оценки надежности к оценке живучести систем; оптимизация резервирования. Количественные показатели надежности вводят в теорию надежности на основе построения математических моделей рассматриваемых объектов. В теории надежности используются разнообразные математические методы, особое место занимают методы теории вероятности и математической статистики. Это связано с тем, что события, описывающие показатели надежности (моменты появления отказов, длительность ремонта и т.д.), часто являются случайными. Для расчета вероятности безотказной работы объекта в течение некоторого времени используются аналитические методы теории случайных процессов. Расчет количественных показателей надежности объектов с учетом возможности восстановления отказавших устройств во многом аналогичен расчету систем теории массового обслуживания. Аналитические методы расчета надежности сочетаются с методами моделирования на ЭВМ. П од надежностью понимают свойство систем, проявляющееся в способности эффективно функционировать, сохраняя при этом устойчивость определенных параметров в некоторый промежуток времени. Для того чтобы система была надежной, время реакции ее на возмущающее воздействие должно быть меньше длительности этого воздействия. Для АСОИУ (в дальнейшем систем) под надёжностью понимается ее свойство, позволяющее выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплутационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным рамкам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надёжность является комплексным свойством, зависящим от назначения системы и условий её эксплуатации. Главными свойствами системы, обеспечивающими надёжность, являются свойства безотказности, ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости. Для различных систем эти свойства могут иметь различную значимость. Для неремонтируемых объектов надёжность включает в себя, в основном, безотказность. Для ремонтируемых систем одними из важнейших свойств, составляющих надёжность, является ремонтопригодность. Количественно надёжность оценивается с помощью показателей, которые выбираются и определяются с учетом особенностей системы, режимов и условий её эксплуатации и последствий отказов. Значения показателей надёжности системы в зависимости от условий обеспечения надежности могут изменяться на различных стадиях её создания и существования – в процессах проектирования, изготовления и эксплуатации. Под обеспечением надёжности системы понимается совокупность организационно-технических и научно-методических мероприятий, направленных на достижение и поддержание заданных показателей надёжности на всех стадиях жизненного цикла. Наработка – время работы системы. Система может работать непрерывно или с перерывами. Во втором случае учитываются суммарная наработка. Наработка измеряется в единицах времени. В процессе эксплуатации или испытаний системы различают наработку на отказ, наработку до отказа, заданную наработку и т.д. Безотказность – свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Свойством безотказности система обладает как в период использования, так и в периоды хранения и транспортировки. Ремонтопригодность – свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения нарушений работоспособности (отказов, повреждений, сбоев) и устранению их последствий путём проведения ремонтов и технического обслуживания. Иногда показатели ремонтопригодности в нормативно-технической документации относится к регламентируемым условиям ремонта. Долговечность – свойство системы сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Под предельным состоянием подразумевается состояние системы, при котором её дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безотказности, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или необходимости проведения среднего, либо капитального ремонта. Сохраняемость – свойство системы непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и/или транспортирования. Исправность – состояние системы, при котором она соответствует всем требованиям, установленным нормативно-техническое документацией. Неисправность – состояние системы, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией. Работоспособность – состояние системы, при котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах установленных НТД. Неработоспособность – состояние системы, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнить заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД. Восстанавливаемая система - система работоспособность, которой, в случае отказа подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. Невосстанавливаемая система – система, работоспособность которой в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. Ремонтируемая система – система, исправность и работоспособность которой в случае возникновения или повреждения подлежит восстановлению. Неремонтируемая система – система, исправность и работоспособность которой в случае возникновения отказа или повреждения не подлежит восстановлению. Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности системы или её составных систем вследствие внешних воздействий, превышающих уровни, установленные в НТД на систему. Повреждение может быть существенным или несущественным. В первом случае является причиной нарушения работоспособности. Во втором работоспособность системы сохраняется. Повреждение может быть также значительным или незначительным. В первом случае – отказ системы. Во втором нарушение исправности при сохранении работоспособности. Некоторые незначительные повреждения со временем могут переходить в категорию значительных и тем самым приводить к отказу системы. Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности системы. Признаки (критерии) отказа устанавливаются НТД. Сбой – самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности. Резервирование – метод повышения надёжности системы введением дополнительных средств и возможностей сверх минимально необходимых для выполнения системой заданных функций. Структурное резервирование – резервирование, предусматривающее использование дополнительных элементов структуры системы. Временное резервирование – предусматривает использование избыточного времени. Информационное резервирование - предусматривает использование избыточной информации. Функциональное резервирование - предусматривает использование способности элементов выполнять дополнительные функции. Нагрузочное резервирование - предусматривает использование способности объекта воспринимать дополнительные нагрузки. Скользящее резервирование – резервирование замещением, при котором группа основных элементов системы резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе. Нагруженный резерв – резервный элемент, находящийся в том же режиме что и основной элемент. Кратность резервирования – отношение числа резервных элементов к числу резервируемых или основных элементов системы. Дублирование – резервирование, кратность которого равна единице. Общее, раздельное, смешанное резервирование – резервирование, объекты в целом, отдельных элементов, совмещение различных видов резервирования. Достоверность – вероятность получения правильного результата. Количественно показатель равен относительно количества правильно решенных задач к общему количеству решённых однотипных задач за достаточно большой промежуток времени. Под показателем надёжности обычно понимают величину или совокупность величин, характеризующих качественно или количественно степень приспособленности систем к выполнению поставленных задач при применении по назначению. Качественные показатели надёжности – указывают на то, что рассматриваемая система обладает каким либо свойством, умеет то или иное устройство, способное выполнить поставленные задачи; дают возможность отличать системы друг от друга, но не позволяют сравнивать их по степени выполнения поставленной задачи, т.е. по надёжности. Количественные показатели надёжности – выражаются в виде числа, надёжность измеряется или оценивается в принятой шкале оценок в абсолютных или относительных единицах при помощи этих показателей, количественные показатели определяются путём статических наблюдений на основе обработки результатов применения или испытания систем, а так же путём аналитических расчетов или моделирования процессов функционирования систем. Они являются основными показателями надёжности.