НиД (10) - Лекция №2 - Резервирование и восстановление
Содержание
Надёжность АПК
Факторы, влияющие на надёжность аппаратно-программных комплексов:
- структура системы;
- режимы эксплуатации;
- резервирование;
- контроль и восстанавливаемость;
- характеристики комплектующих элементов;
- защищённость от внешних воздействий;
- качество технологического процесса;
- приспособленность аппаратуры для выполнения возложенных на неё функции.
Мы в своих проектах ориентируемся на изделия, которые являются отработанными, испытанными, характеристики которых заранее известны (серийные изделия).
Считается, что:
- в начальный момент элементы (системы) находятся в работоспособном состоянии;
- система может быть либо "живой", либо "мёртвой". Промежуточных состояний нет;
- переход из работоспособного состояния в неработоспособное (и наоборот) происходит мгновенно.
Резервирование
Резервирование - мощнейший аппарат повышения надёжности, но, одновременно с этим, и стоимости системы (затраты могут быть соизмеримы со стоимостью всей системы).
Виды резервирования:
- на уровне элементов;
- функциональное;
- временное;
- структурное (реконфигурация системы).
На уровне элементов
Просто дублируются элементы.
Системы считается работоспособной, если существует хотя бы один исправный путь (цепочка исправных элементов) от входа к выходу.
Схемы, имитирующие работу системы, могут быть построены:
- последовательными - выход из строя хотя бы одного элемента приводит к выходу из строя всей системы;
- параллельными - система выходит из строя только когда выходит из строя последний работающий элемент (в общем случае). Такие схемы должны сопровождаться комментариями о том, что считается "последним работающим элементом";
- топологически сложными - нельзя описать только параллельными или только последовательными соединениями элементов.
Всё как в электротехнике.
Виды включения резерва:
- горячий - резервный элемент находится под напряжением и выполняет те же функции, что и основной. Считается, что элементы горячего резерва обладают теми же характеристиками надёжности, что и основные элементы;
- холодный - резервный элемент не подключён. Элементы холодного резерва, в это же время, абсолютно надёжны и не отказывают;
- тёплый (облегчённый) - резервный элемент включён, но не выполняет никаких функций, а просто готов к работе. Промежуточный режим между холодным и горячим.
Резервировать можно:
- поэлементно;
- в целом - вообще все элементы системы, параллельная цепочка от входа к выходу.
Восстановление систем
Системы могут быть:
- невосстанавливаемыми;
- восстанавливаемыми:
- восстанавливаемые вне процесса эксплуатации;
- восстанавливаемые в процессе эксплуатации;
- не допускаются перерывы в работе.
- допускаются перерывы в работе.
При расчёте систем надо использовать такие методы, которые учитывают специфику исследуемой системы.
Показатели надёжности невосстанавливаемых систем
- время до появления отказа (наработка на отказ);
- функция надёжности $P(t) = p\{T\geq t\}$ (время надёжной работы больше времени работы) и функция ненадёжности $q(t) = 1 - P(t)$ - то есть, они обе вероятности;
- плотность распределения $f(t)$;
- интенсивность отказа $\lambda (t)$ - количество отказов в единицу времени;
- вероятность безотказной работы $p(t)$.
$$f(t) = \frac{dq(t)}{dt} = -\frac{dP(t)}{dt} $$
$$\lambda(t) = \frac{f(t)}{p(t)} $$
Полной характеристикой любой случайной величины является её закон распределения.
Правила расчёта чего угодно:
- округлять ничего нельзя. Даже 0.9999999 до 1;
- все результаты приводить к одной точности (одному количеству знаков после запятой).
Если $\lambda = const$, то $P(t) = e^{-\lambda\cdot t}$ - выражение для случая, когда два и более события одновременно не происходят.
Вероятность на промежутке времени $p(t_1, t_2) = \frac{p(t_1)}{p(t_2)} = e^{-\lambda\cdot\Delta t}$
Если $\lambda\cdot\Delta t << 1$, то $e^{-\lambda\cdot\Delta t} \approx 1 - \lambda\cdot\Delta t$
