Тема: Надійність АСУ ТП
Мета: ознайомитися з основними поняттями надійності системи управління; вивчити сторони надійності, ознайомитися з помилками управління, класифікацією помилок управління; вивчити показники надійності АСУ ТП.
План
1. Надійність і сторони надійності інформаційних систем.
2. Помилки.
3. Показники надійності
4. Висновки
1. Підвищення ефективності функціонування підприємств неможливе без впровадження сучасних методів управління, що базуються на автоматизованих інформаційних системах (АІС) управління підприємствами. Однією з найсерйозніших проблем програмного забезпечення (ПО) АІС є його дорожнеча і низька надійність. Багато фахівців вважають, що перший з цих недоліків є продовженням другого. Оскільки програмне забезпечення по самій своїй природі ненадійне, то його тестування і супровід вимагає постійних істотних витрат.
Основні поняття надійності:
· У програмному забезпеченні є помилка, якщо воно не виконує того, що користувачеві розумно від нього чекати.
· Відмова програмного забезпечення - це поява в ньому помилки.
· Надійність програмного забезпечення - це вірність його роботи без відмов протягом певного періоду часу, розрахованого з урахуванням вартості для користувача кожної відмови.
З даних визначень можна зробити важливі висновки:
Ø Надійність програмного забезпечення є не тільки внутрішньою властивістю програми.
Ø Надійність програмного забезпечення - це функція як самого ПО, так і очікувань (дій) його користувачів.
Надійність - властивість об'єкту зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання і транспортування.
Надійність є однією з найважливіших характеристик якості об'єкту - сукупності властивостей, що визначають придатність його використання за призначенням. Але на відміну від точкових характеристик якості (швидкодія, продуктивність і т.д., які вимірюються для деякого моменту часу), надійність характеризує залежність точкових характеристик якості або від часу використання, або від напрацювання об'єкту, тобто надійність - характеристика тимчасова.
Надійність - це складна властивість, що включає простіші властивості об'єкту, які називаються сторонами надійності.
Сторонами надійності є:
1. Безвідмовність - властивість об'єкту безперервно зберігати працездатність протягом деякого часу або деякого напрацювання. Напрацювання - час роботи об'єкту до першої відмови.
2. Ремонтопридатність - властивість об'єкту, що полягає в пристосованості його до попередження і виявлення відмов і відновлення працездатності об'єкту або шляхом проведення ремонту, або шляхом заміни елементів, що відмовили.
3. Довговічність - властивість об'єкту зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленому режимі технічного обслуговування і ремонту.
4. Збереження - властивість об'єкту зберігати працездатність протягом і після його зберігання і (або) транспортування.
5. Працездатність - такий стан об'єкту, при якому він здатний виконувати задані функції, задовольняючи вимогам нормативно-технічної документації. Працездатність - це характеристика стану об'єкту в деякий момент часу.
Помилки
Помилка - прояв збою або відмови компоненту ІС.
Збій - короткочасне порушення працездатності системи, після якого працездатність відновлюється оператором без проведення ремонту або самовідновлюється.
Відмова - подія, що полягає в тому, що система повністю або частково втрачає властивість працездатності.
Причини і джерела помилок.
Основними причинами помилок програмного забезпечення є:
v Велика складність ПО, наприклад, в порівнянні з апаратурою ЕОМ.
v Неправильний переклад інформації з одного представлення в інше на макро- і мікрорівнях. На макрорівні, рівні проекту, здійснюється передача і перетворення різних видів інформації між організаціями, підрозділами і конкретними виконавцями на всіх етапах життєвого циклу ПО. На мікрорівні, рівні виконавця, проводиться перетворення інформації по схемі: отримати інформацію - запам'ятати - вибрати з пам'яті (пригадати) - відтворити інформацію (передати).
Джерелами помилок (погрозами надійності) програмного забезпечення є:
ü Внутрішні: помилки проектування, помилки алгоритмізації, помилки програмування, недостатня якість засобів захисту, помилки в документації.
ü Зовнішні: помилки користувачів, збої і відмови апаратури ЕОМ, спотворення інформації в каналах зв'язку, зміни конфігурації системи.
Класифікація помилок.
Відмови об'єктів можуть класифікуватися за багатьма ознаками, наприклад, за умовами виникнення, зовнішніми проявами, способами виявлення. У табл.1 приведена класифікація відмов за основними ознаками. При аналізі надійності конкретного об'єкту класифікація його відмов дозволяє виявити причини відмов, а отже, знайти шляхи підвищення надійності.
Таблиця 1 - Класифікація відмов за основними ознаками.
| Класифікаційна ознака | Значення класифікаційної ознаки | Вид відмови |
| 1. Характер зміни основних параметрів об'єкту до моменту виникнення відмови | Стрибкоподібна зміна одного або декількох параметрів | Раптова відмова |
| Поступова зміна одного або декількох основних параметрів | Поступова відмова | |
| 2. Взаємозв'язок відмов | Відмова елементу об'єкту не обумовлена пошкодженнями або відмовами інших елементів об'єкту | Независимый отказ элемента |
| Відмова елементу об'єкту обумовлена пошкодженнями або відмовами інших елементів об'єкту | Залежна відмова елементу |
продовження табл.1
| 3. Походження відмов | Порушення встановлених правил і (або) норм конструювання, недосконалість прийнятих методів конструювання | Конструкційна відмова | |
| Порушення встановленого процесу виготовлення або ремонту об'єкту, недосконалість технології | Виробнича відмова | ||
| Порушення встановлених правил і (або) умов експлуатації об'єкту | Експлуатаційна відмова | ||
| 4. Стійкість непрацездатного стану (характер відмови) | Непрацездатність зберігається стійко | Стійка відмова | |
| Непрацездатність зберігається короткочасно, після чого працездатністьсамовідновлюється або відновлюється оператором без проведення ремонту | Відмова, що самоусувається (збій) | ||
| Непрацездатність одного і того ж характеру виникає і самоусувається багато разів | Переміжна відмова | ||
Слід зазначити, що в загальній масі відмов ЕОМ переважають збої, тобто відмови, що самоусуваються. Хоча збої і розглядаються як відмови, що самоусуваються, для усунення їх впливу на обчислювальний процес, як правило, потрібне вживання спеціальних заходів (введення додаткових програм усунення наслідків збоїв, додаткової апаратури, втручання оператора). Це обумовлено тим, що під час збоїв може бути спотворена частина даних, ЕОМ, що зберігаються в пам'яті.
Детальніше зупинимося на раптових і поступових відмовах.
Раптовій відмові може не передувати поступове накопичення пошкоджень, вона виникає раптово. Причинами раптових відмов електронної апаратури зазвичай є приховані дефекти їх виробництва. В процесі експлуатації можуть створитися умови (пікові навантаження, трясіння, вібрація, температурний стрибок, перешкоди), при яких прихований дефект приводить до відмови елементу.
Поступова відмова виникає в результаті поступового накопичення пошкоджень, головним чином, унаслідок зносу і старіння матеріалів. У наслідку різної природи походження, раптові і поступові відмови підкоряються різним закономірностям, тому повинні бути різні і способи боротьби з ними. Для зменшення числа раптових відмов використовується тренування і припрацювання систем в умовах, близьких до умов експлуатації, з метою виявлення прихованих дефектів виробництва, а також введення захисту від перешкод, перевантажень, вібрації і т.п. Зменшенню числа поступових відмов сприяє своєчасна заміна блоків, що виробили свій технічний ресурс.
Відмови в ІС доцільно розділяти на апаратні і програмні.
Апаратною відмовою прийнято вважати подію, при якій виріб втрачає працездатність і для його відновлення потрібне проведення ремонту апаратури або заміна виробу, що відмовив, на працездатний.
Програмною відмовою вважається подія, при якій об'єкт втрачає працездатність унаслідок недосконалості програми (недосконалість алгоритму рішення задачі, відсутність програмного захисту від збоїв, відсутність програмного контролю за станом виробу і т.д.). Програмна відмова усувається шляхом виправлення програми.
Показники надійності.
Основні показники надійності невідновлюваних (неремонтованих) систем.
Для невідновлюваних систем, найчастіше, використовуються чотири показники надійності: ймовірність безвідмовної роботи P(t), щільність ймовірності відмов (частота відмов) f(t), інтенсивність відмов л(t), середній час безвідмовної роботи (середнє напрацювання на відмову) T0.
Ймовірність безвідмовної роботи P(t) є ймовірність того, що час роботи системи до відмови опиниться більше заданого часу t:
,
де Т - випадковий час роботи системи до відмови або напрацювання на відмову;
- інтегральна функція розподілу випадкової величини Т (T < t).
Іноді користуються поняттям ймовірності відмов Q(t):
Якщо P(t) - надійність системи, то Q(t) - ненадійність системи.
Щільність ймовірності, або частота відмов, є диференціальною функцією розподілу:
.
Інтенсивність відмови λ(t) - це відношення щільності ймовірності до ймовірності безвідмовної роботи:
,
звідки
якщо λ = const,
Середній час безвідмовної роботи системи - це математичне сподівання часу роботи системи до відмови:
Інтегруємо по частинах, отримаємо
На рис.1 зображена залежність ймовірності і безвідмовної роботи від часу. У початковий момент ймовірність Р рівна одиниці. В кінці часу роботи системи Т ймовірність рівна нулю.
Показники надійності функціонально зв'язані між собою: знаючи одну з функцій P(t), Q(t), f(t), л(t), можна визначити три інші.
Статистичні показники надійності невідновлюваних систем, що отримуються з експериментальних даних, можна визначити по наступних формулах:
Статистична ймовірність безвідмовної роботи
,
де N - число об'єктів на початку випробувань, ni - число об'єктів, що відмовили за час ti.
Під частотою відмовою елементів розуміють число відмов в одиницю часу, поділене на початкову кількість поставлених на випробування елементів.
Статистична частота відмов
,
де ni - число відмов в інтервалі часу ∆ ti,
N - число випробовуваних елементів,
∆ ti - час випробувань.
При цьому елементи, що відмовили в процесі випробувань, не замінюються новими, і число працюючих елементів поступово зменшується.
На відміну від частоти відмов, інтенсивність відмов характеризує надійність об'єкту в даний момент часу, тобто його локальну надійність.
Під інтенсивністю відмов розуміють число відмов в одиницю часу, поділене на середнє число елементів, що безвідмовно працюють в даний проміжок часу. При цьому елементи, що відмовили, не замінюються.
Інтенсивність відмов:
,
де ni - число відмов за час ∆ ti;
- середнє число працездатних елементів, Ni - число елементів, працездатних на початку даного проміжку часу, Ni +1 - число елементів, працездатних в кінці проміжку часу ∆ ti.
Інтенсивність відмов протягом тривалої експлуатації не залишається постійною. У початковий період часу має більше значення унаслідок прихованих дефектів, не виявлених із-за недосконалості виробничого контролю і можливих порушень правил експлуатації при первинній наладці об'єкту. Потім значення інтенсивності відмов зменшується і залишається майже постійним протягом тривалого часу. В кінці терміну служби λ зростає із-за старіння елементів пристрою.
Середній час безвідмовної роботи, або середнє напрацювання на відмову, визначиться за даними випробувань, так
,
де ti - час справної роботи i-го елементу,
N - загальне число випробовуваних елементів.
При великій кількості елементів використовується інший спосіб обчислення середнього часу:
де ni - кількість елементів, що відмовили, в інтервалі часу
∆ t = ti +1 - ti, ti - час на початку i-го інтервалу,
ti +1 - час в кінці i-го інтервалу,
- середній час в i-ому інтервалі,
- число інтервалів або розрядів,
tN - час, протягом якого відмовили всі елементи.
