НиД (10) - Лекция №2 - Резервирование и восстановление

Материал из Кафедра ИУ5 МГТУ им. Н.Э.Баумана, студенческое сообщество
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 $$e^{-\lambda\cdot\Delta t} \approx 1 - \lambda\cdot\Delta t$$