Anteckning: Två typer av sätt att upprätthålla hög tillgänglighet övervägs: säkerställa feltolerans (failover, överlevnadsförmåga) och säkerställa säker och snabb återhämtning efter fel (servicebarhet).
Informationssystemet ger sina användare en viss uppsättning tjänster (tjänster). Det sägs att den önskade tillgänglighetsnivån för dessa tjänster tillhandahålls om följande indikatorer ligger inom de angivna gränserna:
I huvudsak krävs att informationssystemet nästan alltid fungerar med önskad effektivitet. För vissa kritiska system (t.ex. styrsystem) otillgänglig tid ska vara noll, utan någon "nästan". I detta fall talar man om sannolikheten för att en otillgänglighetssituation ska inträffa och kräver att denna sannolikhet inte överstiger ett givet värde. För att lösa detta problem, special feltoleranta system som vanligtvis är mycket dyra.
De allra flesta kommersiella system är föremål för mindre stränga krav, men det moderna affärslivet ställer här ganska stränga begränsningar, när antalet betjänade användare kan mätas i tusentals, svarstiden bör inte överstiga några sekunder, och otillgänglig tid– några timmar om året.
Uppgiften att tillhandahålla hög tillgänglighet måste lösas för moderna konfigurationer inbyggda i klient/server-teknik. Det innebär att hela kedjan behöver skyddas – från användare (eventuellt på distans) till kritiska servrar (inklusive säkerhetsservrar).
De största hoten mot tillgängligheten övervägdes av oss tidigare.
I enlighet med GOST 27.002, under vägran förstås som en händelse som består i en kränkning av produktens funktionsduglighet. I samband med detta arbete är en produkt ett informationssystem eller dess komponent.
I det enklaste fallet kan det anses att fel i någon komponent i en sammansatt produkt leder till ett totalt fel, och fördelningen av fel över tiden är ett enkelt Poisson-flöde av händelser. I det här fallet konceptet felfrekvens och , som är relaterade av relationen
var är komponentnumret,
– felfrekvens,
– .
Misslyckanden oberoende komponenter summerar:
A medeltiden mellan misslyckanden för en sammansatt produkt ges av förhållandet
Redan dessa enkla beräkningar visar att om det finns en komponent, felfrekvens vilket är mycket mer än resten, då är det han som bestämmer medeltiden mellan misslyckanden Allt informationssystem. Detta är den teoretiska motiveringen för principen att först stärka den svagaste länken.
Poisson-modellen gör det möjligt att underbygga en annan mycket viktig proposition, nämligen att det empiriska förhållningssättet till att bygga system hög tillgänglighet inte kan genomföras inom rimlig tid. Med en traditionell test-/felsökningscykel mjukvarusystem enligt optimistiska uppskattningar leder varje felkorrigering till en exponentiell minskning (med ungefär en halv decimalordning) felfrekvens. Av detta följer att för att erfarenhetsmässigt kunna verifiera att den erforderliga tillgänglighetsnivån har uppnåtts, oavsett vilken test- och felsökningsteknik som används, kommer man att behöva spendera tid nästan lika med medeltiden mellan misslyckanden. Till exempel att uppnå medeltiden mellan misslyckanden 10 5 timmar tar mer än 10 4,5 timmar, vilket är mer än tre år. Detta innebär att andra metoder för att bygga system behövs. hög tillgänglighet, metoder vars effektivitet har bevisats analytiskt eller praktiskt under mer än femtio års utveckling datavetenskap och programmering.
Poisson-modellen är tillämpbar i de fall där informationssystemet innehåller enstaka felpunkter, det vill säga komponenter vars fel leder till fel i hela systemet. En annan formalism används för att studera redundanta system.
I enlighet med problembeskrivningen kommer vi att anta att det finns ett kvantitativt mått på effektiviteten av informationstjänsterna som tillhandahålls av produkten. I det här fallet begreppen Resultatindikatorer individuella element och effektiviteten i hela det komplexa systemets funktion.
Som ett mått på tillgänglighet kan man ta sannolikheten för acceptans av effektiviteten hos de tjänster som tillhandahålls av informationssystemet under den aktuella tidsperioden. Ju större effektivitetsmarginal systemet har, desto högre tillgänglighet.
Om det finns redundans i systemkonfigurationen, är sannolikheten att under den betraktade tidsperioden informationstjänsternas effektivitet inte faller under den tillåtna gränsen beror inte bara på sannolikheten för fel på komponenterna, utan också på den tid under vilken de förblir inoperativa, eftersom i detta fall den totala effektiviteten sjunker, och varje efterföljande fel kan bli dödlig. För att maximera systemtillgängligheten måste du minimera stilleståndstiden för varje komponent. Dessutom bör man komma ihåg att reparationsarbete generellt sett kan kräva en minskning av effektiviteten eller till och med en tillfällig avstängning av friska komponenter; denna typ av inflytande måste också minimeras.
Några terminologiska kommentarer. Vanligtvis i litteraturen om tillförlitlighetsteori, istället för tillgänglighet, talar man om beredskap(inklusive hög beredskap). Vi har föredragit termen "tillgänglighet" för att betona det informationstjänst ska inte bara vara "klar" på egen hand, utan vara tillgänglig för sina användare under förhållanden där situationer av otillgänglighet kan orsakas av skäl som vid första anblicken inte är direkt relaterade till tjänsten (till exempel bristen på konsulttjänster ).
Nästa, istället för otillgänglighetstid brukar prata om tillgänglighetsfaktor. Vi ville uppmärksamma två indikatorer - varaktigheten av en enskild driftstopp och den totala varaktigheten av driftstopp, så vi föredrog termen " otillgänglig tid"som mer rymlig.
Grunden för åtgärder för att förbättra tillgängligheten är användningen av ett strukturerat tillvägagångssätt, förkroppsligat i en objektorienterad metodik. Strukturering är nödvändig i förhållande till alla aspekter och komponenter i informationssystemet - från arkitektur till administrativa databaser, i alla skeden av dess livscykel - från initiering till avveckling. Strukturering, viktig i sig, är samtidigt nödvändigt tillstånd genomförbarheten av andra tillgänglighetsåtgärder. Endast små system kan byggas och drivas som du vill. Stora system har sina egna lagar, som, som vi redan har antytt, programmerare först insåg för mer än 30 år sedan.
När man utvecklar åtgärder för att säkerställa hög tillgänglighet
Den mest bekväma för analytisk beskrivning är den så kallade exponentiella (eller exponentiella) tillförlitlighetslagen, som uttrycks med formeln
där är en konstant parameter.
Grafen för den exponentiella tillförlitlighetslagen visas i fig. 7.10. För denna lag är tidsfördelningsfunktionen upptid har formen
och densiteten
Detta är den för oss redan kända exponentialfördelningslagen, enligt vilken avståndet mellan angränsande händelser i det enklaste flödet med intensitet fördelas (se avsnitt 4, kapitel 4).
När man överväger frågor om tillförlitlighet är det ofta bekvämt att tänka på saken som om elementet påverkas av det enklaste flödet av fel med intensitet R; elementet misslyckas i samma ögonblick som den första händelsen i denna tråd kommer.
Bilden av "felströmmen" får verklig betydelse om det misslyckade elementet omedelbart ersätts med ett nytt (återställt).
Sekvensen av slumpmässiga ögonblick då fel inträffar (Fig. 7.11) är det enklaste flödet av händelser, och intervallen mellan händelser är oberoende slumpvariabler fördelade enligt den exponentiella lagen (3.3).
Begreppet "felfrekvens" kan introduceras inte bara för den exponentiella, utan också för vilken annan tillförlitlighetslag som helst om densitet, den enda skillnaden kommer att vara att med en icke-exponentiell lag kommer felfrekvensen R inte längre att vara ett konstant värde , men en variabel.
Intensiteten (eller på annat sätt "faran") för misslyckanden är förhållandet mellan distributionstätheten för ett elements drifttid och dess tillförlitlighet:
Låt oss förklara den fysiska innebörden av denna egenskap. Låt ett stort antal N av homogena element testas samtidigt, vart och ett till ögonblicket för dess fel. Låt oss beteckna - antalet element som visade sig kunna användas vid tiden , som tidigare, - antalet element som misslyckades under en kort tidsperiod. Det genomsnittliga antalet fel kommer att vara per tidsenhet
Vi dividerar detta värde inte med det totala antalet testade element N, utan med antalet element som är användbara vid tiden t. Det är lätt att se att för stort N kommer detta förhållande att vara ungefär lika med felfrekvensen
För stort N
Men enligt formel (2.6)
I arbeten om tillförlitlighet betraktas det ungefärliga uttrycket (3.5) ofta som en definition av felfrekvensen, d.v.s. det definieras som det genomsnittliga antalet fel per tidsenhet och ett driftelement.
Karaktäristiken kan ges ytterligare en tolkning: det är den villkorade tätheten för elementets felsannolikhet i det här ögonblicket tid t, förutsatt att det fram till ögonblicket t fungerade felfritt. Tänk faktiskt på sannolikhetselementet - sannolikheten att elementet kommer att övergå från tillståndet "fungerar" till tillståndet "inte fungerar" i tid, förutsatt att det fungerade före ögonblicket t. Faktum är att den ovillkorliga sannolikheten för fel på ett element på platsen är lika med Detta är sannolikheten för att kombinera två händelser:
A - elementet fungerade korrekt fram till ögonblicket
B - elementet misslyckades i tidsintervallet Enligt regeln för multiplikation av sannolikheter:
Med tanke på att vi får:
och värdet är inget annat än den villkorade sannolikhetstätheten för övergången från det "arbetande" tillståndet till det "misslyckade" tillståndet för ögonblicket t.
Om felfrekvensen är känd, kan tillförlitligheten uttryckas i termer av den med tanke på att vi skriver formeln (3.4) i formen:
Genom att integrera får vi:
Sålunda uttrycks tillförlitlighet i termer av felfrekvens.
I det särskilda fallet när , formel (3.6) ger:
d.v.s. den exponentiella tillförlitlighetslagen som vi redan känner till.
Med hjälp av bilden av "flödet av misslyckanden" kan man tolka inte bara formeln (3.7), utan också den mer allmänna formeln (3.6). Låt oss föreställa oss (ganska villkorligt!) att ett element med en godtycklig tillförlitlighetslag påverkas av ett flöde av misslyckanden med variabel intensitet. Sedan uttrycker formel (3.6) för sannolikheten att inga fel kommer att uppstå i tidsintervallet (0, t) ).
Således, både med den exponentiella och med vilken som helst annan tillförlitlighetslag, kan elementets funktion, från och med ögonblicket för påslagning, föreställas på ett sådant sätt att Poisson-felflödet verkar på elementet; för den exponentiella tillförlitlighetslagen kommer detta att vara ett flöde med konstant intensitet, och för ett icke-exponentiellt, med en variabel intensitet
Observera att denna bild endast är lämplig om det misslyckade elementet inte ersätts av ett nytt. Om vi, som vi gjorde tidigare, omedelbart byter ut det felaktiga elementet med ett nytt, kommer felflödet inte längre att vara Poisson. Faktum är att dess intensitet beror inte bara på tiden t som har förflutit sedan början av hela processen, utan också på tiden som förflutit sedan slumpmässigt ögonblick införandet av detta särskilda element; därför har flödet av händelser en efterverkan och är inte Poisson.
Om emellertid detta element under hela processen som studeras inte ersätts och inte kan misslyckas mer än en gång, då när man beskriver en process som beror på dess funktion, kan man använda schemat för en Markov slumpmässig process, men med en variabel snarare än en konstant felfrekvens.
Om den icke-exponentiella tillförlitlighetslagen skiljer sig relativt lite från den exponentiella, så är det för förenklingens skull möjligt att ungefär ersätta den med en exponentiell (Fig. 7.12). Parametern för denna lag är vald för att bibehålla oförändrad den matematiska förväntan av drifttiden, som, som vi vet, är lika med området som begränsas av kurvan och koordinataxlarna. För att göra detta måste vi ställa in parametern för den exponentiella lagen lika med
var är området som begränsas av tillförlitlighetskurvan
Således, om vi vill karakterisera tillförlitligheten för ett element med en genomsnittlig felfrekvens, måste vi ta som denna intensitet den ömsesidiga upptiden för elementet.
Ovan definierade vi värdet på t som det område som begränsas av kurvan. Men om du bara behöver veta elementets genomsnittliga upptid är det lättare att hitta den direkt från det statistiska materialet som det aritmetiska medelvärdet av alla observerade värden för den slumpmässiga variabeln T - tiden för elementet till fel. Denna metod kan också tillämpas i de fall då antalet experiment är litet och inte tillåter en exakt konstruering av kurvan
Exempel 1. Ett elements tillförlitlighet minskar med tiden enligt en linjär lag (fig. 7.13). Hitta felfrekvensen och medeltiden mellan fel på ett element
Lösning. Enligt formel (3.4) på avsnitt ) har vi:
Enligt den givna tillförlitlighetslagen 4
Tillförlitlighet är produkternas egenskap att utföra de funktioner som krävs, samtidigt som deras prestanda bibehålls inom specificerade gränser under den tidsperiod som krävs.
Vitalitet - förmåga datorsystem utföra sina grundläggande funktioner, trots den mottagna skadan och de felaktiga delarna av utrustningen.
Det ställs strängare krav på tillförlitligheten och överlevnadsförmågan hos BUVM och BTsVS än på tillförlitligheten och överlevnadsförmågan för universella datorer och persondatorer. Om fordonsdatorn misslyckas störs systemets prestanda och de tilldelade uppgifterna utförs inte, vilket kan leda till irreparable konsekvenser, inklusive mänskliga offer.
Det är ofta omöjligt att lösa problemet efter att ha återställt omborddatorn och omborddatorn. Så, till exempel, i händelse av ett fel i driften av luftvärnsmissilsystemet, kommer det försvarade föremålet att förstöras. Och om du återställer systemet på kort tid, kan förstörelsen inte återlämnas på samma sätt som de förlorade liven. Ett fel i flygelektroniken kan leda till en flygplanskrasch eller spontan missiluppskjutning. I det här fallet kommer återställning av BCVS:s funktion inte heller att tillåta att korrigera konsekvenserna av felet.
Att säkerställa den höga tillförlitligheten och överlevnadsförmågan hos BTsVS kompliceras av driftsförhållandena för utrustningen ombord med stora fluktuationer i temperatur, luftfuktighet, mekanisk belastning och hög dammighet. Samma begränsning gäller för utrustningens dimensioner och vikt. Det gäller främst flyget, men det är också av stor betydelse för BCVS på andra områden.
Sålunda har problemet med tillförlitlighet och överlevnadsförmåga för omborddatorer och omborddatorer ett antal funktioner på grund av det speciella med omborddatorstrukturen och arten av de funktioner de utför.
Uppgiften att tillhandahålla hög tillförlitlighet och överlevnadsförmåga i ett komplext system kan vara mycket kostsamt, komplext och tidskrävande, även om svårigheter i produktionen och problem som uppstår under drift på grund av behovet av att säkerställa och upprätthålla den erforderliga tillförlitlighetsnivån kan orsaka ännu större svårigheter ...
Till exempel, om tillförlitligheten hos ett missilsystem minskas med 10 %, för att säkerställa samma grad av målförstöring, kommer det att krävas en ökning med minst 10 % av det faktiska antalet stridsmissiler. Dessa missiler kräver ytterligare uppskjutningsramper, testutrustning, uppskjutningsutrustning, underhållspersonal och stödutrustning, vilket är mycket kostsamt. Pengar och tid.
Ju mer komplex struktur ett datorsystem har, desto svårare är det att säkerställa tillförlitlighet och överlevnadsförmåga. Det bör noteras att de flesta av de misslyckanden som har inträffat vid lanseringar av guidade missiler och konstgjorda satelliter i USA inte orsakades av fel på någon exotisk enhet, vars design påskyndade utvecklingen av den senaste tekniken. Tvärtom, många fel orsakades av fel på funktionella och strukturella delar av en tidigare godkänd design. Ibland tillverkades elementen felaktigt, och i andra fall var det fel i programmerares eller underhållspersonals arbete. Det finns ingen sådan bagatell som skulle vara för obetydlig för att inte vara det möjlig orsak fel. Hög potential och praktiskt uppnåbar tillförlitlighet är till stor del resultatet av djup och noggrann uppmärksamhet på detaljer.
Problemet med att öka tillförlitligheten och feltoleransen är inte bara inneboende för BCVS, utan även för kommersiell utrustning. Till exempel, i ett Google-kluster, i genomsnitt, 1 dator havererar per dag (det vill säga krascher inträffar på cirka 3 % av datorerna per år). Naturligtvis, på grund av redundansen av data och kod, är dessa fel osynliga för användare, men för en programmerare är de ett stort problem.
Fallet när ett datorsystem eller en del av det är ur funktion, och ytterligare arbete är omöjligt utan reparation, kallas ett fel.
Teorin om tillförlitlighet särskiljer 3 karakteristiska tecken på fel, som kan vara inneboende i utrustning och manifestera sig utan någon påverkan från människor.
1. Inkörningsfel. Dessa fel uppstår under den tidiga driftperioden och orsakas i de flesta fall av brist på produktionsteknik och defekter i tillverkningen av datorsystemelement. Dessa misslyckanden kan elimineras genom processen med avslag, inkörning och teknisk testning av den färdiga produkten.
2. Defekta eller gradvisa misslyckanden. Dessa är fel som uppstår på grund av slitage på enskilda parametrar eller delar av utrustningen. De kännetecknas av en gradvis förändring av parametrarna för produkten eller elementen. I början kan dessa fel uppträda som tillfälliga fel. Men när slitaget ökar förvandlas tillfälliga fel till allvarliga hårdvarufel. Dessa misslyckanden är ett tecken på åldrande BCVS. De kan delvis elimineras genom korrekt funktion, bra förebyggande och snabb utbyte av utslitna delar av utrustningen.
3. Plötsliga eller katastrofala misslyckanden. Dessa fel kan inte elimineras vare sig genom att felsöka utrustningen eller genom korrekt underhåll eller förebyggande underhåll. Plötsliga misslyckanden inträffar slumpmässigt, ingen kan förutsäga dem, men de lyder vissa sannolikhetslagar. Så frekvensen av plötsliga fel under en tillräckligt lång tidsperiod blir ungefär konstant. Detta händer i vilken enhet som helst. Ett exempel på slumpmässiga fel är öppna eller kortslutna kretsar. Ett sådant fel leder vanligtvis till att utgången permanent är antingen 0 eller 1. Om slumpmässiga fel uppstår är det nödvändigt att byta ut de element där de inträffade. För att göra detta måste datasystemet vara underhållbart och göra att du snabbt kan utföra förebyggande arbete i fält.
I en separat grupp kan intermittenta fel eller fel urskiljas. Ett fel är ett kortvarigt avbrott i den normala driften av en omborddator, där ett eller flera av dess element, när en eller flera relaterade operationer utförs, ger ett slumpmässigt resultat. Efter ett fel kan datorsystemet fungera normalt under lång tid.
Fel kan orsakas av elektromagnetiska pickuper, mekaniska stötar etc. Fel leder ofta inte till fel i komplexet, utan ändrar bara programvarudriften på grund av felaktig utförande av ett eller flera kommandon, vilket kan leda till katastrofala konsekvenser. Skillnaden mellan fel och fel är att när konsekvenserna av ett fel upptäcks är det nödvändigt att inte återställa utrustningen, utan den information som förvrängs av felet.
På tal om misslyckanden är det nödvändigt att nämna de så kallade Schrödinbugs. En Schrödinbug är ett fel i ett datorsystem under en lång tid fungerar normalt, men under vissa förhållanden, till exempel vid inställning av icke-standardiserade driftsparametrar, uppstår ett fel. När man analyserar detta misslyckande visar det sig att programvara datorsystem har ett grundläggande fel, på grund av vilket det i princip inte borde ha fungerat.
En Schrödinbug kan bildas av en komplex kombination av parfel (när ett fel på en plats kompenseras av ett fel av motsatt åtgärd på en annan plats). Under vissa omständigheter förstörs balansen av fel, vilket leder till förlamning av arbetet.
Således kännetecknas BCVS av en annan egenskap som bestämmer dess tillförlitlighet - den felfria eller tillförlitliga driften. Följaktligen är tillförlitligheten hos BTsVS en kombination av tillförlitlighet, driftsäkerhet, överlevnadsförmåga och underhållsbarhet.
Tillförlitlighetsparametrarna är:
1. Felfrekvens -
2. MTBF -
3. Sannolikhet för felfri drift inom en given tid - P
4. Sannolikhet för misslyckande - F
Antalet misslyckanden
Felfrekvens är den frekvens med vilken fel uppstår. Om utrustningen består av flera element, är dess felfrekvens lika med summan av felfrekvensen för alla element vars fel leder till utrustningsfel.
Felfrekvenskurvan, beroende på drifttiden, visas i figuren nedan.
Vid driftstart (vid tidpunkten t = 0), Ett stort antal element. Denna uppsättning element i början kan ha en hög felfrekvens på grund av defekta prover. Eftersom de defekta elementen går sönder en efter en, minskar felfrekvensen relativt snabbt under inkörningsperioden och blir ungefär konstant vid normal drift (T-normer), när de defekta elementen redan har gått sönder och har ersatts med funktionsdugliga. .
Den uppsättning element som har passerat inkörningsperioden har den lägsta felfrekvensen, som förblir ungefär konstant tills elementen börjar gå sönder på grund av slitage (T-slitage). Från och med denna tidpunkt börjar felfrekvensen att öka.
MTBF
MTBF är förhållandet mellan det totala antalet arbetade timmar och det totala antalet misslyckanden. Under perioden med normal drift, när felfrekvensen är ungefär konstant, är medeltiden mellan fel den ömsesidiga felfrekvensen:
Sannolikhet för felfri drift.
Sannolikheten för drifttid är det troliga eller förväntade antalet enheter som kommer att fungera utan fel under en given tidsperiod:
Denna formel är giltig för alla enheter som har körts in men som inte påverkas av slitage. Därför kan tiden t inte överstiga perioden för normal drift av enheterna.
En graf som visar sannolikheten för felfri drift som en funktion av normal drifttid visas nedan:
Sannolikhet för misslyckande.
Sannolikheten för fel är den ömsesidiga sannolikheten för felfri drift.
Bedömd felfrekvens.
Utrustningselement är utformade så att de kan motstå vissa nominella: spänning, ström, temperatur, vibrationer, luftfuktighet och så vidare. När utrustningen utsätts för sådan påverkan under drift, observeras en viss specifik felfrekvens. Det kallas den nominella felfrekvensen.
När den totala arbetsbelastningen eller vissa speciella belastningar eller miljörisker ökar utöver de nominella nivåerna, ökar felfrekvensen ganska kraftigt jämfört med dess nominella värde. Omvänt minskar felfrekvensen när belastningen sjunker under den nominella nivån.
Till exempel, om en cell måste arbeta vid en nominell temperatur på 60 grader, kan en sänkning av temperaturen till följd av ett forcerat kylsystem minska felfrekvensen. Men om en temperatursänkning medför en alltför stor ökning av antalet element och anordningens vikt, kan det vara mer fördelaktigt att välja element med en ökad driftstemperaturklassificering och använda dem vid en temperatur under den nominella temperaturen. I det här fallet kan utrustningen bli billigare och massan mindre (vilket är viktigt när man arbetar i ett flygplan) än när man använder ett forcerat kylsystem.
Metoder för att bestämma tillförlitligheten hos BTsVS.
När nya produkter designas och byggs genom mekaniska, elektriska, kemiska eller andra mätningar kan värdet på felfrekvensen inte fastställas. Felfrekvensen kan bestämmas genom att samla in statistiska data som erhållits från tillförlitlighetstestning av denna eller liknande produkter.
Sannolikheten för felfri drift under någon testtid uttrycks med formeln:
Felfrekvensen bestäms av formeln:
Vid mätning av felfrekvensen är det nödvändigt att upprätthålla ett konstant antal element som deltar i testet genom att ersätta de misslyckade elementen med nya.
Sålunda, för att få data om de kvantitativa egenskaperna hos utrustningens tillförlitlighet, är det nödvändigt att göra ett speciellt prov av utrustningen för tillförlitlighetstestning. Tillförlitlighetstester måste utföras under lämpliga förhållanden verkliga förhållanden drift av utrustning genom yttre påverkan, frekvensen för påslagning och ändring av effektparametrar.
Felfrekvensen för en elektrisk produkt. Det kännetecknar både kostnaderna för deras reparationer och mängden ekonomiska skador som uppstår till följd av fel på elektriska produkter. Målfunktion 3 för att lösa det angivna problemet är följande
Tillförlitlighet visar produktens egenskap att kontinuerligt upprätthålla driftbarhet under en viss tid eller en viss driftstid, uttryckt i sannolikheten för felfri drift, medeltid till fel, felfrekvens.
I allmänhet följer kanske felfrekvensen inte en exponentiell distributionslag. Då kommer detta uttryck att ta formen
Sedan, om systemet bestod av Nu servicebara element med en felfrekvens Li vardera, och Nd lågkvalitetselement med en felfrekvens för varje Arf, den initiala felfrekvensen för systemet (Rc) under den första perioden då det togs i drift efter reparationer är lika med
Med en kvalitativ ersättning av felaktiga element ökar felfrekvensen för systemet efter slutet av inkörningsperioden till värdet
Felfrekvensen hittas av formeln
En intressant analys, också baserad på en stor mängd faktamaterial, ges i analysen av två grupper av skador på gasledningar som är av nödkaraktär, nämligen spalter i skarvar på gasledningar och korrosionsskador. Skadevolymens beroende av arbetets kvalitet visas övertygande, och därför är antalet haverier på gasledningar anlagda efter 1951 betydligt lägre än på gasledningar från tidigare läggningsår. Vissa av artikelns slutsatser verkar dock alltför kategoriska. Således uteslutningen från vederlag, det vill säga lika med noll, sannolikheten för mekanisk skada på gasledningar, ... eftersom de inträffar under felaktigt eller slarvigt arbete och kan förhindras, samt en fullständig vägran att ta hänsyn till korrosionsskador när man bestämmer graden av fel i gasledningar verkar vara en orimlig överskattning av tillförlitligheten hos gasledningar. Sannolikheten för dessa händelser minskar till följd av förbättrad kvalitet på korrosionsskyddet, förbättrad övervakning av markarbeten i gasledningsområdet etc, men är fortfarande inte utesluten. Påståendet att endast ett fullständigt brott i gasledningsövergången kan leda till haveri förefaller också diskutabelt. Med en partiell bristning kommer felet endast att kännetecknas av ett grundare djup. Med hänsyn till det föregående, liksom erfarenheterna från Leningrad-organisationer, är det möjligt att ta hänsyn till värdet av ay med 15-20 % mindre än vad som rekommenderades 1966. Naturligtvis är det önskvärt att studiet av denna fråga fortsätter.
Och om n och A. A., Zhila V. A. Felfrekvens för sektioner av gasledningar i stadsgasnätverk.- Gasindustrin, 1972, nr 10,. s, 20-25.
Felfrekvens K(t) - andelen produkter som misslyckades per tidsenhet efter ett givet ögonblick, beräknat i förhållande till antalet testade produkter som är i drift vid en given tidpunkt.
I praktiken uppskattas felfrekvensen med formeln
Det teoretiska värdet av felfrekvensen bestäms av formeln
Felfrekvensindikatorn gäller endast icke-reparerbara produkter.
| Ris. 9. Graf över förändringen i storleken på felfrekvensen. | /info/35056 "> av ett konstant värde. Under II-perioden - perioden med normal drift - förblir felfrekvensen nästan konstant. Under III-perioden - perioden med intensivt slitage - ökar felfrekvensen kraftigt. Om feltiden för varje element är föremål för en exponentiell lag med en felfrekvens Ki, då Tillförlitlighet - produktens egenskap att kontinuerligt bibehålla prestanda under en viss tidsperiod utan påtvingade avbrott. Tillförlitlighetsindikatorer är medeltid till första fel, tid till misslyckande, felfrekvens. Belastningsnivån med vilken maskinens delar arbetar är en av faktorerna som bör beaktas vid analys av systemets tillförlitlighet, eftersom den bestämmer storleken på felfrekvensen för elementen i systemet. Det är växelverkan mellan elementets styrka å ena sidan och belastningsnivån som verkar på elementet å andra sidan som bestämmer huvudsakligen felfrekvensen för elementet. Det är känt att med en ökning av den totala belastningen eller (vissa dellaster, ökar felfrekvensen för elementet ganska kraftigt. Kurvan i fig. 7 illustrerar den allmänna karaktären av förändringen i felfrekvensen hos elektriska och elektroniska element av maskiner beroende på miljöförhållandena.Som vi kan se ökar värdet på felfrekvensen på den givna kurvan nästan linjärt med ökande belastning. Medeltiden mellan fel är av direkt betydelse för organisationen av utrustningens drift, eftersom den låter dig bestämma den förväntade felfrekvensen, vilket är viktigt när du planerar reserven, antalet utrustning och underhållspersonal. Återställningen av olika block av maskiner bör utföras med hänsyn till den genomsnittliga tiden mellan fel som anges för dem. Drifttid Fig. 13.2. Antalet misslyckanden Den eldfasta tunneln misslyckas periodvis, vilket kräver en fullständig rekonstruktion av ugnen. Denna procedur tar 8 dagar och kostar £5 800. Det tar ytterligare två dagar att värma upp ugnen till driftstemperatur och den andra dagen måste avfallet eldas för att inte förstöra den nya tunneln. I tabell. 13.2 visar tunnelfelsfrekvensen. Felfrekvensen är en bekväm egenskap för tillförlitligheten hos olika enheter och sammansättningar och bestämmer En detaljerad klassificering av tekniska och ekonomiska indikatorer på produkters kvalitet görs för att identifiera de som i större eller mindre utsträckning påverkar behovets storlek. Analysen av kvalitetsindikatorerna visade att det inte finns något behov av att ta hänsyn till alla föränderliga kvalitetsindikatorer i beräkningarna, eftersom många av dem har liten eller ingen effekt på förändringen av behovets storlek, eller denna effekt är obetydlig. eller möjligheten att förändra behovet är i funktionen av en rad andra faktorer. Den verkliga inverkan på förändringen i efterfrågan utövas av sådana faktorer som produktens produktivitet (arbetsvolym), tillförlitlighet och livslängd. I ytterligare studier begränsar vi oss till att endast beakta dessa tre huvudindikatorer. Det bör noteras att för olika produkter finns det olika indikatorer som kännetecknar de valda huvudegenskaperna. Till exempel produktivitet och arbetsvolym. För turbogeneratorer, supraledande synkrona kompensatorer, kommutatorer, synkrona och asynkrona elektriska maskiner, hydrogeneratorer - detta är märkeffekten för borstlösa variabla maskiner och variabla elektriska drivningar - vridmoment för belysningsutrustning - ljusflöde och lampeffekt för optisk fiberproduktionsutrustning - optisk fiber draghastighet för växlingsutrustning - antalet kopplade kretsar för ellokomotiv för huvudledning och industri - kraft för roterande borstar av elektriska maskiner, - strömtäthet för elektrisk svetsutrustning - svets- (skär)hastighet, etc. Tillförlitlighetsindexet för produkter kännetecknar sådana egenskaper av produkter som tid mellan fel, intensitetsavbrott, sannolikheten för felfri drift, tillgänglighetsfaktorn etc. Och slutligen kännetecknas livslängden av antalet driftår, livslängden, resursen för översyn, översynsperiod. Förhållandet nd/nu kännetecknar ökningen av felfrekvensen i stationärt tillstånd till följd av dåligt utbyte av element, jämfört med ett perfekt utbyte. Därför kallas faktorn nd/nu den inkrementella felfrekvensfaktorn. Ytterligare förluster orsakade av inkörningsfel till följd av byte av element av dålig kvalitet (Pn) bestäms från I reliabilitetsteorin betyder K felfrekvens. Med en exponentiell lag, K \u003d onst, d.v.s. beror inte på tid. Ett datorminneschip består av ett stort antal transistorer, två för varje bit. En 64 Kb kristall innehåller 128 000 transistorer, en 1 Mb kristall innehåller över 2 000 000. Om separata transistorer var ansvariga för minnesfunktioner skulle felfrekvensen vara sådan att en persondator helt enkelt inte kunde fungera. Om minst 1 av 1 000 000 misslyckas, skulle felfrekvensen för ett chip med 64 Kb minne vara 12 % och ett chip med 1 Mb minne skulle vara 86 %. En indikator på den mest sannolika frekvensen av revisioner kan vara dynamiken i felfrekvensen under livslängden för denna typ av utrustning. För de flesta produkter och system har den formen av en tZ-formad kurva, som visas i fig. 13.2. En hög felfrekvens vid driftstart kan orsakas av defekta eller felaktigt installerade komponenter, installationsfel eller oerfarna operatörer. Efter eliminering av dessa brister observeras en period med ett stabilt lågt antal fel. Mot slutet av deras livslängd, på grund av slitage, ökar deras frekvens igen. Minska intensiteten av haverier med inledande skede möjligt genom att köra produkten, i slutet - för- |
Del 1.
Introduktion
Utvecklingen av modern utrustning kännetecknas av en betydande ökning av dess komplexitet. Komplikationen orsakar en ökning av garantin för aktualitet och korrekthet för att lösa problem.
Problemet med tillförlitlighet uppstod på 50-talet, när processen med snabb komplikation av system började och nya objekt började tas i drift. Vid den tiden dök de första publikationerna ut som definierade begreppen och definitionerna relaterade till tillförlitlighet [1], och en teknik för att bedöma och beräkna tillförlitligheten hos enheter med hjälp av probabilistisk-statistiska metoder skapades.
Studiet av utrustningens (objektets) beteende under drift och bedömningen av dess kvalitet bestämmer dess tillförlitlighet. Termen "exploatering" kommer från det franska ordet "exploitation", som betyder att dra nytta av eller dra nytta av något.
Tillförlitlighet är egenskapen hos ett objekt för att utföra de specificerade funktionerna, hålla värdena för de etablerade prestationsindikatorerna inom de angivna gränserna över tiden.
För att kvantifiera ett objekts tillförlitlighet och för att planera driften används speciella egenskaper - tillförlitlighetsindikatorer. De gör det möjligt att bedöma tillförlitligheten hos ett objekt eller dess element under olika förhållanden och i olika skeden av driften.
Mer information om tillförlitlighetsindikatorer finns i GOST 16503-70 - "Industriprodukter. Nomenklatur och egenskaper hos de viktigaste tillförlitlighetsindikatorerna.", GOST 18322-73 - "Underhåll och reparationssystem för utrustning. Termer och definitioner.", GOST 13377 -75 - "Tillförlitlighet inom teknik. Termer och definitioner".
Definitioner
Pålitlighet- egenskapen [härefter - (self-in)] för objektet [nedan kallat - (OB)] för att utföra de nödvändiga funktionerna, bibehålla deras prestanda under en given tidsperiod.
Tillförlitlighet är en komplex egenskap som kombinerar konceptet prestanda, tillförlitlighet, hållbarhet, underhållsbarhet och säkerhet.
prestanda- representerar tillståndet för OB, i vilket den kan utföra sina funktioner.
Pålitlighet- OB:s förmåga att behålla sin prestation under en viss tid. En händelse som stör driften av OB kallas ett fel. Ett självåterhämtande misslyckande kallas ett misslyckande.
Varaktighet- OB:s förmåga att upprätthålla sin prestanda till gränstillståndet, när dess drift blir omöjlig av tekniska, ekonomiska skäl, säkerhetsförhållanden eller behov av större reparationer.
underhållbarhet- bestämmer OB:s anpassningsförmåga för att förebygga och upptäcka funktionsfel och fel och eliminera dessa genom att utföra reparationer och underhåll.
Uthållighet- Svo-in ON bibehåller kontinuerligt sin prestanda under och efter lagring och underhåll.
Viktiga tillförlitlighetsindikatorer
De viktigaste kvalitativa indikatorerna för tillförlitlighet är sannolikheten för felfri drift, felfrekvens och medeltiden till fel.
Sannolikhet för drifttid
P(t)är sannolikheten att inom en angiven tidsperiod t, OB-fel kommer inte att inträffa. Denna indikator bestäms av förhållandet mellan antalet OB-element som har fungerat utan misslyckande fram till tidpunkten t till det totala antalet OB-element som är i drift vid det initiala ögonblicket.
Antalet misslyckanden l(t)är antalet misslyckanden n(t) OB-element per tidsenhet, hänvisat till det genomsnittliga antalet element Nt OB operativt vid tillfället Dt:
l (t) \u003d n (t) / (Nt * D t)
, Var
D
t- en given tidsperiod.
Till exempel: 1000 OB-element arbetade 500 timmar. Under denna tid misslyckades 2 element. Härifrån, l (t) \u003d n (t) / (Nt * D t) \u003d 2 / (1000 * 500) \u003d 4 * 10 -6
1/h, dvs. 4 element av en miljon kan misslyckas på 1 timme.
Komponentfelfrekvensen tas baserat på referensdata [1, 6, 8]. Till exempel anges felfrekvensen l(t) vissa element.
|
Elementnamn |
Felfrekvens, *10 -5, 1/h |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Motstånd |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Kondensatorer |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
transformatorer |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Induktorer |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Byt enhet |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Löd anslutningar |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Ledningar, kablar |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Elektriska motorer |
Tillförlitligheten hos OB som ett system kännetecknas av ett flöde av fel L, numeriskt lika med summan av felfrekvensen för enskilda enheter: L = ål i Formeln beräknar flödet av fel och individuella OB-enheter, som i sin tur består av olika noder och element som kännetecknas av deras felfrekvens. Formeln är giltig för att beräkna flödet av systemfel från n element i fallet när felet i någon av dem leder till att hela systemet som helhet misslyckas. En sådan koppling av element kallas logiskt sekventiell eller grundläggande. Dessutom finns det en logiskt parallell anslutning av element, när felet i ett av dem inte leder till fel på systemet som helhet. Sannolikhet-för-misslyckande förhållande P(t) och studsa flöde L definierad: P(t)= exp(-Dt) , det är uppenbart att 0 MTBF Tillär den matematiska förväntan på drifttid för OB före det första felet: Till=1/ L =1/(ål i) , eller härifrån: L=1/Till Drifttiden är lika med ömsesidigheten av felfrekvensen. Till exempel : elementteknik säkerställer medelhög felfrekvens l i \u003d 1 * 10 -5 1 / h . När den används i OB N=1*104 elementära delar total felfrekvens l o= N * l i \u003d 10 -1 1 / h . Sedan medeltiden för felfri drift av OB Till \u003d 1 / l o \u003d 10 h. Om du utför OB på basis av 4 stora integrerade kretsar (LSI), kommer den genomsnittliga tiden för felfri drift av OB att öka med N/4 = 2500 gånger och kommer att vara 25000 timmar eller 34 månader eller cirka 3 år . Tillförlitlighetsberäkning
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
