Надежность систем автоматизации

    Большинство факторов, определяющих восстанавливаемость  системы, трудно оценить количественно  и тем более определить экспериментально, поэтому систему надо проектировать  таким образом, чтобы исключить  влияние факторов, не поддающихся  количественной оценке.

    Восстанавливаемость можно существенно увеличить, применяя современные методы обнаружения и устранения неисправностей в системе. Эти методы развиваются в трех направлениях:

    1) создание встроенных в систему  диагностирующих устройств или  применение специальных автоматических  тестеров;

    2) разработка методов и оборудования  для граничных испытаний позволяющих профилактически заменять элементы, параметры которых в значительной степени изменились вследствие износа или старения;

    3) перераспределение функций, выполняемых  элементами при появлении отказов,  и самонастройка параметров системы,  При этом структура системы  выбирается таким образом, чтобы  элементы, принявшие на себя функции  отказавших элементов, в условиях  повышенных на них нагрузок  были бы в состоянии обеспечить эффективную работоспособность системы до окончания выполнения стоящих перед системой задач. Отказавшие элементы можно восстановить в период проведения профилактических мероприятий.

    Квалификация  и подготовка обслуживающего персонала  оказывает в большинстве случаев решающее влияние на восстанавливаемость системы. Неопытность обслуживающего персонала приводит не только к увеличению времени восстановления системы, но и к появлению новых отказов.

    Готовность  – свойство системы выполнять возложенные на нее функции в любой произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации. Готовность определяется как безотказностью, так и восстанавливаемостью системы.

    Готовность  системы определяется ее безотказностью и восстанавливаемостью, которые  в свою очередь, как было показано выше, являются вероятностными характеристиками системы. Таким образом, готовность системы также является вероятностной характеристикой.

    Под готовностью будем понимать вероятность  того, что система в рассматриваемый  момент времени готова для выполнения предназначенных ей функций, т.е. система  должна быть готова к выполнению предназначенных  ей функций к началу рабочего интервала  времени. Для ряда автоматических систем связи, защиты, блокировки обычно требуется постоянная готовность.

    В статистическом смысле общим показателем  готовности может служить доля систем, готовых для использования в  течение требуемого рабочего интервала времени.

    Надежность делится на:

    -  аппаратную надежность, обусловленную состоянием аппаратуры, которая может при необходимости расчленяться на более мелкие разновидности надежности;

    -  программную надежность, обусловленную состоянием программ;

    -  надежность объекта, обусловленную качеством обслуживания;

    - надежность функциональную – это надежность выполнения отдельных функций, возлагаемых на систему. Примером функциональной надежности систем автоматизации может быть надежность передачи определенной информации в системе передачи данных.

      
 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 2.  Показатели надежности систем автоматизации

 

    Показателями  надежности называются количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих надежность системы. Выбор тех или иных показателей продиктован видом исследуемой системы. В теории надежности различают восстанавливаемые и невосстанавливаемые системы. К невосстанавливаемым относят системы, восстановление которых непосредственно после отказа считается нецелесообразным или невозможным, а к восстанавливаемым – в которых проводится восстановление непосредственно после отказа.

      В соответствии с ГОСТ 24.701-86 в качестве показателей надежности автоматизированных систем используют показатели, характеризующие надежность реализации функций системы и опасность возникновения в системе аварийных ситуаций.

    Описание  надежности систем автоматизации по функциям осуществляют:

    · по отдельным составляющим надежности единичным показателям;

    · по нескольким составляющим надежности совместно комплексным показателям  надежности.

    Для описания надежности автоматизированных систем по непрерывно - выполняемым функциям (Н-функции) и по дискретно - выполняемым функциям (Д-функции) используют различные показатели, в частности описание безотказности и ремонтопригодности АСУ по Н-функциям осуществляют с помощью единичных или комплексных показателей надежности.

    Основными единичными показателями безотказности  являются:

    · средняя наработка системы на отказ в выполнении i-й функции (средняя наработка на отказ i-й ФП АСУ)

    · вероятность безотказного выполнения системой i-й функции (вероятность безотказной работы i-й ФП АСУ) в течение заданного времени .

    Допускается также использовать следующие показатели:

    · среднюю наработку системы до отказа в выполнении i -й функции (средняя наработка до отказа i-й ФП АСУ);

    · параметр потока отказов системы  в выполнении i -й функции (параметр потока отказов i-й ФП АСУ) ;

    · интенсивность отказов системы  в выполнении i-й функции (интенсивность отказов i -й ФП АСУ) .

    Основным  и единичными показателями ремонтопригодности являются:

    · среднее время восстановления способности  системы к выполнению i-й функции после отказа (среднее время восстановления i-й ФП АСУ) ;

    · вероятность восстановления в течение  заданного времени способности  системы к выполнению i-й функции после отказа (вероятность восстановления i-й ФП АСУ за время)

    Комплексными  показателями безотказности и ремонтопригодности являются:

    · коэффициент готовности системы  к выполнению i -й функции (коэффициент готовности i-й ФП АСУ) ;

    · коэффициент технического использования  системы по i-й функции (коэффициент технического использования i-й ФП АСУ) - K _{TC i} ;

    · коэффициент сохранения эффективности  системы по i-й функции (коэффициент сохранения эффективности i-й ФП АСУ) -.К _{ЭФ i}.

    Описание  безотказности и ремонтопригодности АСУ по Д-функции осуществляют с помощью комплексных показателей надежности.

    Основным  комплексным показателем безотказности  и ремонтопригодности системы в  отношении выполнения ею i-й Д-функции является вероятность успешного выполнения системой заданной процедуры при поступлении запроса (вероятность успешного выполнения заданной процедуры i-й функциональной подсистемой АСУ) .

    Дополнительным  комплексным показателем безотказности  и ремонтопригодности системы в  отношении выполнения ею i-й Д-функции является вероятность успешного выполнения и последовательно поступающих запросов (n).

    Описание  надежности АСУ по аварийным ситуациям  осуществляют с помощью комплексных  показателей надежности.

    Показателями  надежности АСУ по аварийным ситуациям  являются показатели, характеризующие:

    · опасность возникновения аварийной  ситуации в течение некоторого заданного  интервала времени нормального  функционирования системы;

    · опасность возникновения аварийной  ситуации в результате воздействия  на систему внешнего экстремального фактора.

    Для описания надежности АСУ по аварийным  ситуациям могут быть использованы следующие показатели:

    · средняя наработка системы до возникновения в ней i-й аварийной ситуации при нормальных условиях функционирования АСУ ;

    · вероятность возникновения в  системе i-й аварийной ситуации в течение заданного времени при нормальных условиях функционирования АСУ ;

    · вероятность возникновения в  системе i-й аварийной ситуации в результате воздействия i-го экстремального воздействующего фактора .

    Допускается также использование следующих  показателей:

    · вероятность отсутствия (невозникновения) в системе i-й аварийной ситуации в течение заданного времени при нормальных условиях функционирования АСУ;

    · вероятность отсутствия (невозникновения) в системе i-й аварийной ситуации в результате воздействия i-го экстремального воздействующего фактора .

    Описание  долговечности АСУ осуществляют по АСУ в целом или, при необходимости, по отдельным ее подсистемам с  помощью единичных показателей  надежности.

    Основными показателями долговечности являются:

    · средний ресурс i-й подсистемы АСУ (АСУ в целом) ;

    · средний срок службы i-й подсистемы АСУ (АСУ в целом) . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 3. Общий порядок оценки надежности систем автоматизации

 

    Оценку  надежности АСУ (по функциям и по аварийным  ситуациям) проводят:

    · при разработке системы с целью  прогноза ожидаемого уровня надежности АСУ (проектная оценка);

    · при вводе системы в эксплуатацию и в процессе ее функционирования с целью определения фактически достигнутого уровня надежности АСУ  и проверки его соответствия требованиям  к надежности, установленным в  ТЗ на АСУ (экспериментальная оценка).

    Проектную оценку надежности АСУ, в зависимости  от особенностей системы и стадии ее создания, проводят с учетом свойств:

    · только комплекса технических средств  АСУ;

    · КТС АСУ и программного обеспечения  АСУ;

    · КТС АСУ и персонала АСУ;

    · КТС АСУ, ПО АСУ и персонала  АСУ.

    Проектная оценка надежности АСУ с учетом только КТС АСУ, проводимая на начальных  этапах разработки системы, является ориентировочной и ее используют для предварительного определения состава и структуры КТС АСУ.

    Проектная оценка надежности АСУ с учетом КТС  АСУ и персонала, проводимая при  разработке эскизного проекта системы, является ориентировочной, и ее используют для определения целесообразного  уровня автоматизации управления объектом, распределения задач между техническими средствами и персоналом АСУ в  выполнении функций системы.

    Проектную оценку надежности АСУ с учетом КТС  АСУ и ПО АСУ проводят при разработке технического проекта и используют для уточнения состава и структуры  КТС АСУ, определения требований к надежности, а также выбора способов повышения надежности функционирования технического и программного обеспечения  системы.

    Проектная оценка надежности АСУ с учетом КТС  АСУ, ПО АСУ и персонала АСУ, приводимая при разработке рабочего проекта  системы, является более полной, и  ее используют для уточнения состава  и структуры КТС АСУ, состава  и структуры ПО АСУ, состава и  структуры задач персонала АСУ, а также, для уточнения взаимодействия КТС, ПО АСУ и персонала АСУ (компонентов  АСУ) в реализации функций системы.

    Проектную оценку надежности АСУ допускается  проводить следующими методами:

    · аналитическими;

    · вероятностного моделирования;

    · комбинированными, представляющими  собой сочетание аналитических  методов и методов моделирования;

    · экспертными.

    Экспериментальная оценка надежности АСУ учитывает  совместное (результирующее) воздействие  на уровень надежности системы КТС  АСУ, ПО АСУ и действий персонала  АСУ, а также всех реально воздействующих факторов внешней среды, режимов  и параметров технической эксплуатации, режимов функционирования системы, внешних помех.