Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории надежности средств и сетей связи. Учебное пособие
.pdf
определенным в [1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] и в Рекомендациях серии
М.2100 ITU-T.
Ко второй группе относятся вероятности событий, вычисляемые
как соотношения чисел соответствующих событий, например,
вероятность того, что объект будет работоспособен/неработоспособен в
течении определенного заданного интервала времени.
Поскольку система контроля является сложной самостоятельной
системой, то к ней также предъявляются требования по надежности.
Существует понятие вероятность ошибки системы контроля I рода, II
рода и III рода.
Под ошибкой контроля I рода понимают ложный отказ, когда
работоспособный сетевой элемент признается неработоспособным.
Под ошибкой контроля II рода понимают необнаруженный отказ,
когда неработоспособный сетевой элемент признается работоспособным.
Под ошибкой контроля III рода понимают ситуацию, когда
неправильные действия обслуживающего персонала приводят к тому,
что сетевой элемент оказывается в неработоспособном состоянии или не
может выполнять заданных функций в полном объеме [1, 3].
Понятие «надежность» включает такие свойства объекта как
безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость или
сочетание этих свойств объекта.
Безотказность (Reliability, failure-free operation) – это свойство
объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение
некоторого времени или наработки на отказ. Если речь идет об
использовании объекта до полного использования его технических
возможностей, то применяется понятие – долговечность.
11
Долговечность (Durability, longevity) – это свойство объекта
сохранять работоспособное состояние до наступления предельного
состояния при установленной системе технического обслуживания и
ремонта.
После отказа объект может быть восстановлен, поэтому вводятся
понятия ремонтопригодность и восстановление.
Ремонтопригодность (Maintainability) – это свойство объекта,
заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению
работоспособного состояния путем технического обслуживания и
ремонта.
Изменение состояния объекта происходит не только в процессе
эксплуатации, но также и при транспортировке, хранении и т.п.
Показатели надежности объекта в этом случае могут быть либо
занижены, либо объект полностью не пригоден к эксплуатации. Таким
образом, вводится понятие – сохраняемость.
Сохраняемость (Storability) – это свойство объекта сохранять в
заданных пределах значения параметров, характеризующих способности
объекта выполнять требуемые функции, в течении хранения или после
хранения/транспортирования.
В процессе транспортирования, хранения, технического
обслуживания объект может находиться в следующих состояниях:
- исправное состояние (исправность, Good state) – это состояние
объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-
технической и/или конструкторской (проектной) документации;
- неисправное состояние (неисправность, Fault, faulty state) – это
состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из
12
требований нормативно-технической и/или конструкторской (проектной)
документации;
- работоспособное состояние (работоспособность, Up state) – это
состояние объекта, при котором значения всех параметров,
характеризующих способность выполнять заданные функции,
соответствуют требованиям нормативно-технической и/или
конструкторской (проектной) документации;
- неработоспособное состояние (неработоспособность, Down state)
– это состояние объекта, при котором значение хотя бы одного
параметра, характеризующего способность выполнять заданные
функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и/или
конструкторской (проектной) документации;
- предельное состояние (Limiting state) – это состояние объекта,
при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или
нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния
невозможно или нецелесообразно.
Для определения предельного состояния вводится понятие
«Критерий предельного состояния» (Limiting state criterion) – это признак
или совокупность признаков предельного состояния объекта,
установленных нормативно-технической и/или конструкторской
(проектной) документацией.
Для средств связи, которые относятся к наиболее сложным
техническим объектам, возможно деление неработоспособного
состояния на два типа:
- частично неработоспособное состояние, при котором объект
способен выполнять требуемые функции, но не в полном объеме
(частично);
13
- полностью неработоспособное состояние, при котором объект не
может выполнять все, определенные техническими или нормативными
документами, функции.
Переход из одного состояния в другое происходит вследствии
следующих событий:
- дефект;
- повреждение;
- отказ.
Дефект (Defect) – это событие, заключающееся в нарушении
исправности объекта.
Повреждение - это событие, заключающееся в нарушении
исправного состояния объекта при сохранении работоспособного
состояния.
Отказ – это событие, при котором объект переходит из исправного
состояния в неисправное состояние.
Обратный процесс называется процессом восстановления.
Если объект находится в неисправном состоянии, то производится
его ремонт. Если объект находится в предельном состоянии, то
производится капитальный ремонт, состоящий в замене отдельных
элементов объекта и восстановлении его потенциального ресурса. Если
ремонт экономически не целесообразен, то происходи списание объекта.
Одной из основных задач по обеспечению надежности средств и
сетей связи, равно как и любого другого объекта
инфокоммуникационных технологий является задача определения отказа
по классификационному признаку. В зависимости от того к какому виду
или подвиду относится отказ следует производить необходимые расчеты
показателей надежности. В этом может помочь нормативно-техническая
14
документация и статистические данные эксплуатации объекта, которые в
большом объеме собираются системами мониторинга.
1.2. Классификация отказов контролируемых объектов
Согласно [1, 15] есть два определения термина «Отказ»:
Отказ объекта или его элемента – это событие, которое
заключается в нарушении работоспособного состояния объекта или его
элемента.
Отказ – это событие, после возникновения которого,
характеристики (параметры) технического объекта выходят за
установленные пределы.
По характеру и скорости изменения параметров объекта до
момента возникновения отказы делятся:
- внезапные;
- постепенные.
Внезапные отказы характеризуются скачкообразным изменениям
значений одного или нескольких параметров объекта. Причинами
внезапных отказов могут быть:
- естественные постепенные изменения в физической структуре
объекта, которые при определенных условиях приобретают
лавинообразный характер;
- не соответствующие техническим и проектным нормам условия
эксплуатации объекта.
Характерной особенностью внезапного отказа является то
обстоятельство, что предвидеть и предупредить его нельзя.
15
Постепенный отказ характеризуется постепенными изменениями
значений одного или нескольких параметров контролируемого объекта.
Постепенный отказ является следствием накопления сравнительно
малых и медленных изменений свойств объекта. Характерной
особенностью постепенного отказа является то, что его можно
предвидеть и предотвратить.
Все виды отказов делятся на следующие типы:
- отказы функционирования, при которых прекращается
выполнение объектом своих основных функций;
- отказы параметрические, при которых параметры объекта
выходят за установленные пределы.
По наличию причинно-следственных связей отказы делят на
независимые и зависимые.
Независимый отказ - это отказ объекта, возникающий в результате
процессов, происходящих в его внутренней структуре. Независимый
отказ не зависит от возникновения отказов других контролируемых
объектов.
Зависимые отказы являются следствием возникновения отказов
других объектов.
По своей природе отказы могут быть случайными и
систематическими. Случайные отказы обусловлены
непредусмотренными перегрузками объекта, дефектами, ошибками
обслуживающего персонала (ошибка контроля I рода), сбоями системы
управления или программного обеспечения и т.д.;
Систематические отказы обусловлены явлениями, вызывающими
постепенное накопление повреждений, например нарушения в процессе
эксплуатации объекта.
16
Причиной возникновения отказов могут быть самые разные,
однако согласно нормативным документам причины отказов могут быть
конструкционные, производственные и эксплуатационные.
Конструкционные отказы возникают в результате ошибок и
нарушений правил и норм конструирования в период
разработки/проектирования объекта. Например, такие как неправильный
выбор режима эксплуатации объекта, неудачный выбор компоновки
объекта и др.
Производственные отказы возникают в результате несовершенства
процесса или нарушений технологий при изготовлении отдельных
элементов объекта.
Эксплуатационные отказы связаны с воздействием недопустимо
больших нагрузок, несоблюдения температурного режима, ударов и
других воздействий, непредусмотренных режимами их эксплуатации.
По характеру проявления отказы разделяют на явные отказы и
скрытые отказы.
Явным называют отказ, который проявляется мгновенно при его
возникновении. Применительно к системам коммутации и средствам
связи явные отказы обнаруживаются системами непрерывного контроля
работоспособности.
Скрытым называют отказ, который обнаруживается только при
проведении периодического контроля работоспособности объекта или
при проведении профилактических работ.
В теории надежности используют понятия полного и частичного
отказа работоспособности контролируемого объекта или его элементов.
В случае полного отказа применение объекта невозможно до
восстановления его работоспособного состояния.
17
В случае частичного отказа применение объекта возможно, хотя
значения одного или нескольких параметров надежности не будут
соответствовать требованиям нормативно-технической документации.
Отказы также разделяют на устранимые и неустранимые.
При устранимом отказе возможно восстановление системы как
непосредственно в условиях эксплуатации, так и на ремонтных
предприятиях.
В случае неустранимого отказа система или изделие подлежит
списанию и утилизации.
Последствия отказов также подлежат квалификации. По
последствиям квалифицируются на защитные и опасные.
Защитный отказ - это событие, которое заключается в нарушении
работоспособного состояния системы при сохранении защитного
состояния.
Опасный отказ – это событие, которое заключается в нарушении
работоспособного и защитного состояния.
При рассмотрении работоспособности объекта или его элементов
используют следующие термины, связанных с отказами [1, 2, 3, 15, 17,
19, 27]:
Наработка между отказами (Operating time between failures) -
наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного
состояния после отказа до возникновения следующего отказа.
Наработка до отказа (Operating time to failure) - наработка объекта
от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.
Средняя наработка на отказ (Mean operating time between failures) -
отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к
математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
18
Средняя наработка до отказа (Mean operating time to failure) —
математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.
Среднее время между отказами (Mean time between failures) –
среднее время между возникновением отказов. Этот термин обычно
используется в теории надежности для технических объектов, к которым
безусловно относятся телекоммуникационные сети и средства связи, и
касается непосредственно работы оборудования [28].
Системы, связанные с обеспечением безопасности, также
определены в теории надежности. Данные системы условно разделены
на системы, работающие в режиме низкой загрузки (периодически) и
работающие в режиме высокой нагрузки (непрерывно). Данная
количественная квалификация приведена в [28], где установлено, что
частота запросов на работу системы обеспечения безопасности не
превышает одного раза в год в режиме низкой частоты запросов, и более
раза в год в режиме высокой частоты запросов (непрерывной работы).
Значение SIL (Safety integrity level, уровень целостности
безопасности ) зависит от диапазонов порядков средней вероятности
того, что она система не сможет удовлетворительно выполнить свои
функции или, проще говоря, от вероятности возникновения опасного
отказа при запросе (PFD). Значение SIL для систем, работающих в
режиме высокой частоты запросов (непрерывно) непосредственно
зависит от вероятности возникновения опасного отказа в час (PFH).
В [28] приведен еще ряд параметров, используемых для
определения надежности сложных технических объектов.
PFD (Probability of Failure on Demand, вероятность отказа) - это
средняя вероятность того, что система не выполнит свою функцию по
запросу.
19
PFH (Probability of Failure per Hour, вероятность возникновения
отказа за час) - вероятность возникновения в системе полного отказа в
течение часа.
MTTR (Mean Time to Restoration, среднее время до восстановления
работоспособности) - среднее время, необходимое для восстановления
нормальной работы после возникновения отказа.
DC (Diagnostic Coverage, Диагностическое покрытие) —
отношение количества обнаруженных отказов к общему числу отказов.
В свою очередь, λ = частота отказов = 1/MTBF (для
экспоненциального закона распределения отказов).
Не всегда параметры надежности подчиняются
экспоненциальному закону распределения. Параметры надежности
относятся к случайным величинам. Закон распределения случайных
величин необходимо устанавливать, в том числе и с использованием
статистических данных, а также с применением асимптотических
методов расчета.
1.3. Основные показатели надежности и качества средств связи
Основными показателями надежности являются:
1. Коэффициент готовности - определяет вероятность
работоспособности объекта в произвольный момент времени.
2. Коэффициент простоя - определяет вероятность того, что
объект окажется в неработоспособном состоянии в произвольный
момент времени.
К основным показателям качества обслуживания
телекоммуникационной сети относятся такие показатели как,
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]