PGTU / 5 семестр / Надежность / Задачник_Тема 0

НАДЕЖНОСТЬ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В данном задачнике будут рассматриваться сложные технические системы, в которых могут быть выделены более простые составляющие.

Условимся под системой понимать любое техническое устройство, выпол­няющее заданные функции. Часть системы, которая выполняет определен­ные функции в составе целого, будем называть элементом или блоком. Предпо­лагается, что блок состоит из элементов и что элемент не подлежит уже дальнейшему разделению на части. Иногда под системой понимают не только техническое устройство, взятое изолированно, но и среду, в кото­рой оно функционирует, и обслуживающий персонал. Последние при этом выступают как элементы, или блоки, системы.

Каждая система может характеризоваться рядом параметров, одни из которых выступают как основные, а другие – как второстепенные. Первые характеризуют выполнение системой заданных функций, вторые – удоб­ства эксплуатации, внешний вид и т.д. Система называется исправной, если она соответствует всем предъявляемым к ней требованиям, в частности требованию, чтобы все параметры системы, как основные, так и второсте­пенные, находились в некоторых заданных пределах. Выход из этих пре­делов любого параметра означает, что система неисправна.

Система работоспособна, если ее основные параметры находятся в пределах принятой нормы и если она нормально выполняет заданные функции. Работоспособная система может быть как исправной, так и неис­правной. Утрата работоспособности называется отказом. В равной сте­пени эти соображения относятся и к элементам (блокам) систем.

Отметим, что понятие «отказ элемента» в определенной мере ус­ловно. Действительно, работоспособность элемента определяется значе­ниями основных его параметров. В то же время набор этих параметров и зоны их нормальных значений выбираются в зависимости от степени важ­ности функций, выполняемых элементами в данной системе, их доступно­сти при ремонте и т.п.

Следовательно, для двух совершенно одинаковых элементов, ис­пользуемых в одной и той же системе, понятие отказ может быть сформу­лировано по-разному. Обоснование зон нормальных значений основных параметров связано с определенными трудностями. Задачи такого типа обычно решают исходя из соображений экономического характера.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установ­ленных пределах значения всех параметров, характеризующих способ­ность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспор­тирования.

Надежность является одной из важнейших характеристик качества объекта – совокупности свойств, определяющих пригодность использова­ния его по назначению. В отличие от других характеристик качества, на­дежность обладает следующей специфической особенностью. Обычные характеристики качества объекта, такие как быстродействие, емкость па­мяти, мощность потребления, масса и другие, измеряются для некоторого момента времени («точечные» характеристики качества). Надежность ха­рактеризует зависимость «точечных» характеристик качества либо от вре­мени использования, либо от наработки объекта.

Наработка – продолжительность (или объем) работы изделия, изме­ряемая временем, циклами, периодами, единицами выработки и т.д. Разли­чают суточную наработку, месячную наработку и т.д.

Надежность – сложное свойство. Оно включает в себя более простые свойства (составные части надежности, стороны надежности):

1. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работо­способность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

2. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в при­способленности его к предупреждению и обнаружению отказов и восста­новлению работоспособности объекта либо путем проведения ремонта, либо путем замены отказавших комплектующих элементов.

Возникают две самостоятельные характеристики ремонтопригодно­сти: приспособленность к проведению ремонта (ремонтопригодность в уз­ком смысле) и приспособленность к замене в процессе эксплуатации (вос­станавливаемость или заменяемость).

3. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. до наступления такого состоя­ния, когда объект должен быть либо направлен в ремонт (средний или ка­питальный), либо изъят из эксплуатации.

4. Сохраняемость – свойство объекта сохранять работоспособность в течение (и после) его хранения и (или) транспортирования. Это свойство тоже расчленяется на более простые: сохраняемость в процессе (и после) хранения в специально приспособленном помещении; сохраняемость в процессе (и после) хранения в полевых условиях; сохраняемость в про­цессе (и после) транспортировки по железной дороге и т.п.

5. Работоспособность – такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, удовлетворяя требованиям норма­тивно-технической документации. Работоспособность – характеристика состояния объекта в некоторый момент времени. Надежность – свойство сохранять работоспособность на некотором отрезке времени или при вы­полнении некоторого объема работы.

Перечисленные выше свойства объектов – частные стороны надеж­ности – являются общепризнанными и рекомендуются для широкого класса изделий. Однако оказалось, что для характеристики надежности информационно-вычислительной (и вообще цифровой) техники этих свойств недостаточно. Поэтому в практике находят применение дополни­тельные частные свойства надежности:

1. Живучесть – свойство объекта сохранять работоспособность (пол­ностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не преду­смотренных нормальными условиями эксплуатации.

При задании требований к надежности объекта обычно указываются нормальные условия его эксплуатации. Но к ряду объектов ответственного назначения могут быть предъявлены требования выполнять некоторые функции в условиях, существенно отличающихся от нормальных (даже ка­тастрофически разрушающих). Требование живучести может быть сфор­мулировано, например, так: «выполнять заданные функции на заданном интервале времени после разрушающего воздействия» или «сохранять час­тичную работоспособность после разрушающего воздействия» и т.д.

2. Достоверность информации, выдаваемой объектом. ЭВМ или тракт передачи информации могут обладать высокой безотказностью, хо­рошей долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью. Однако могут иметь место сбои, искажающие информацию.

В изделии «ломается», «портится» не аппаратура, а информация. Это не менее опасная «поломка», но она не находит отражения в перечислен­ных основных сторонах надежности. Поэтому и вводится еще одна допол­нительная сторона надежности – достоверность.

На практике могут быть использованы и другие частные свойства надежности. В технических системах, например информационно-управ­ляющих системах, обслуживающих ответственные промышленные про­цессы, основным является не выход из строя того или другого элемента, а вызванное им искажение информации, на базе которой принимаются управляющие решения.

Надежность систем при наличии программного обеспечения (а таких среди современных сложных систем большинство) можно разделить на два вида:

1. Аппаратурная надежность – обусловлена состоянием аппаратуры (может расчленяться на конструктивно-схемную надежность и производ­ственно-технологическую надежность).

2. Программная надежность – обусловлена состоянием программы. Это понятие возникло относительно недавно, но приобретает все более важное значение. В данном задачнике будут рассмотрены некоторые вопросы программной надежности.

Большое количество различных сторон и видов надежности не озна­чает, что всегда надо задавать и исследовать весь определенный вами пе­речень. В каждом конкретном случае надо выбирать такие стороны и виды надежности, которые необходимы для характеристики надежности объекта с учетом его целевого назначения.

Отказ объекта – событие, заключающееся в том, что объект либо полностью, либо частично теряет работоспособность. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной – частичный отказ.