2.4. Надежность ас как совокупности функций

Надежность (в частности, безотказность и ремонтопригодность) АС связана со способностью системы выполнять требуемые функции. Тем самым становится естественным использование декомпозиции АС как многофункциональной системы по выполняемым функциям.

При задании показателей надежности АС их функции можно классифицировать по двум признакам: по сложности и по временному режиму выполнения.

1. По сложности функции АС делят на простые и составные. Простыми являются функции, рассматриваемые как неразложимые на составляющие. Составные функции включают в себя некоторую совокупность простых и (или) составных функций, объединяемых по общности цели, роли в процессе управления, конструктивным, информативным или другим признакам. Примерами простой функции являются автоматическое регулирование или измерение отдельного параметра; примерами составной функции — автоматическое регулирование или контроль всех параметров технологического объекта управления.

2. По временному режиму выполнения функции делят на непрерывно выполняемые — непрерывные, дискретно выполняемые — дискретные и комбинированные.

Для выполнения непрерывной функции при отсутствии избыточности необходима непрерывная работа всех элементов системы, участвующих в реализации данной функции, в течение всего периода ее выполнения. Примерами такой функции являются автоматическое регулирование или непрерывная регистрация параметров непрерывного технологического процесса.

Дискретные функции выполняют по запросам (периодическим или случайным) некоторые заранее заданные процедуры, заключающиеся в реализации определенных операций в заданной последовательности. Для выполнения процедуры требуется безотказная работа отдельных элементов системы в соответствующие, относительно короткие интервалы времени. Примерами такой функции являются дискретное управлением исполнительным механизмом или защита технологического агрегата от аварий.

Комбинированные функции характеризуются совокупностью признаков, свойственных непрерывным и дискретным функциям. Примером комбинированной функции является автоматическое регулирование в непрерывно-дискретном технологическом процессе.

Для выбора показателей надежности, установления требований к ним, оценки надежности АС на различных стадиях разработки и эксплуатации систем необходимо однозначно определить, что считается отказом АС в выполнении каждой отдельной функции (далее сокращенно — отказом функции).

В общем случае отказом функции является событие, заключающееся в нарушении хотя бы одного из основных установленных требований к качеству ее выполнения, возникающее при заданных условиях эксплуатации АС и функционирующем в заданных режимах технологическом объекте управления.

Событие, заключающееся в нарушении требований к качеству выполнения функции, произошедшее вследствие нарушения заданных условий эксплуатации (например, повышения температуры в помещении или снижения напряжения питания сверх допустимых пределов), как отказ функции не рассматривается.

Установление критериев отказов функций проводится с учетом приведенной выше классификации функций в зависимости от требований к качеству их выполнения.

В частном случае, если последствия отказов каждой из простых функций одинаковы, может быть задано требование по ограничению только общего числа одновременно не выполняемых простых функций.

Классификация отказов функций. Отказы функций можно классифицировать по следующим признакам:

- по влиянию на работу объекта управления (вызвавшие аварию с повреждением оборудования, останов технологического процесса, ухудшение качества протекания технологического процесса, не повлиявшие на работу объекта и т. д.);

- по причинам возникновения (из-за отказов технических средств, ошибок программного обеспечения, неправильных действий персонала);

- по степени нарушения работоспособности (полные и частичные);

- по наличию внешних проявлений (явные и неявные);

- по виду нарушения для дискретных функции (несрабатывание, заключающееся в отсутствии сигналов или команд на управление исполнительными механизмами при наличии условий, требующих их функционирования, и ложное срабатывание, заключающееся в выработке сигналов или команд при отсутствии условий, требующих их функционирования).

Состав показателей надежности функций АС. Показатели надежности АС в выполнении отдельных функций (далее — показатели надежности функций) выбираются в соответствии с классификацией функций по временному режиму выполнения с учетом классификации и критериев отказов.

Основным показателем безотказности различных непрерывных функций является средняя наработка на отказ . Вместо нее допускается использовать параметр потока отказов , если поток отказов является стационарным. При рассмотрении поведения функции до первого отказа показателем безотказности является средняя наработка до отказа .

В тех случаях, когда можно выделить характерные длительности интервалов t₁ в работе АС (например, периодичность капитальных ремонтов технологического оборудования, периодичность остановов из-за изменения производственной программы и т. д.), в качестве показателя безотказности может быть принята вероятность безотказного выполнения функции (вероятность безотказной работы) P(t₁).

Основным показателем безотказности и ремонтопригодности дискретных функций по отказам типа «несрабатывание» является вероятность R успешного выполнения заданной процедуры при возникновении запроса (например, вероятность успешного срабатывания технологической защиты при наличии запроса).

Если выполнение процедуры сводится к включению в течение малого интервала времени, то вероятность R может быть равна коэффициенту готовности k_Г. Если выполнение процедуры сводится к включению и дальнейшей работе в течение определенного интервала времени, то вероятность R может быть равна коэффициенту оперативной готовности k_О.Г. Комплексные показатели надежности k_{Г ,} k_О.Г., могут применяться в качестве дополнительных и для непрерывных функций.

Для некоторых дискретных функций успешность выполнения процедуры понимается как удовлетворение требований к безошибочности, своевременности и точности. В этих случаях в качестве частных показателей надежности могут использоваться:

- вероятность R_б безошибочного выполнения процедуры;

- вероятность R_c своевременного выполнения процедуры;

- вероятность R_т достижения достаточной точности выполнения процедуры, т. е. вероятность того, что общая погрешность выполнения всех операций, составляющих данную процедуру, не будет превышать допустимую погрешность.

При независимости этих вероятностей

R= R_б R_c R_т. (2.37)

Основным показателем безотказности дискретных функций по отказам типа «ложное срабатывание» является средняя наработка на такой отказ (например, средняя наработка на ложное срабатывание функции технологической защиты).

Показатели безотказности комбинированных функций выбирают из числа указанных выше в зависимости от конкретных особенностей каждой функции. Например, для функций автоматического регулирования или непрерывного измерения в АСУ непрерывно-дискретным технологическим процессом основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы P(t₁) за длительность t₁ цикла работы.

Основным показателем ремонтопригодности является среднее время восстановления способности АС к выполнению функции. В некоторых случаях применяют вероятность F_B(t) восстановления в течение заданного времени способности АС к выполнению функции.