Анализ надежности резервированных систем при общем резервировании замещением

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

1 Основы теории надежности 5

1.1 Основные понятия надёжности систем 5

1.2 Основные показатели надежности 8

1.3 Надежность резервированных систем при общем резервировании замещением 17

2 Расчет  надежности резервированных систем  при общем резервировании замещением 19

2.1 Постановка задачи 19

2.2 Сведения  из теории 19

2.3 Исследование эффективности структурного резервирования замещением при идеальном автомате контроля и коммутации 21

2.3.1 Оценка выигрыша по вероятности отказа 21

2.3.2 оценка выигрыша надежности по среднему времени безотказной работы системы 23

Заключение 26

Список  используемой литературы 27

Приложение  А 28

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Создание  и эксплуатация сложных информационных систем (ИС) в настоящее время  приводит к значительному увеличению актуальности задач расчёта их надёжности с учётом влияния технических  средств, программного обеспечения, аппаратной части и человека-оператора.

К техническим  средствам можно отнести различные  вычислительные комплексы, системы  передачи данных с аппаратурой приёма и передачи, ввода и вывода необходимой  информации и другие устройства. Все  эти функции технических средств  выполняются под управлением  оператора, рабочим местом которого является автоматизированная установка  на базе персонального компьютера. Мощные программные средства и удобные  интерфейсы пользователя позволяют  оператору получать необходимую  информацию о различных состояниях компонентов средств и внешней  среды, вводить новые данные, задавать необходимые управляющие воздействия.

Основными причинами, определяющими повышенное внимание к вопросам надёжности информационных систем являются:

1. рост сложности аппаратуры;
2. более медленный рост уровня надёжности комплектующих по сравнению с ростом числа элементов в аппаратуре;
3. увеличение важности выполняемых аппаратурой функций;
4. усложнение условий эксплуатации информационных систем.

Если  в 60-70-х годах ХХ века надёжность аппаратуры была намного ниже, чем  надёжность программного обеспечения, то в настоящее время, ввиду усовершенствования аппаратной базы и усложнения программного обеспечения значения их надёжности, стали различаться гораздо меньше. Поэтому в настоящее время  при оценке надёжности информационных систем необходимо учитывать влияние  программного обеспечения.

Для практического анализа надёжности информационных систем необходимы соответствующие  математические модели. Существующая технология в основном основывается на не ручной процедуре построения необходимых математических моделей  надёжности систем.

Самой сложной проблемой является разработка моделей и расчёт показателей  надёжности информационных систем в  целом, которая заключается в  непреодолимой громоздкости и трудоёмкости процедур не автоматизированного построения математических моделей надёжности и безопасности структурно-сложных  систем, состоящих из огромного числа  элементов. Современные информационные системы могут включать в себя сотни и даже тысячи элементов. Именно этот аспект «большой размерности» традиционных ручных технологий построения математических моделей, не позволяет применять  на практике даже хорошо теоретически разработанные методы системного анализа  надёжности информационных систем.

Целью данной курсовой работы является проведение анализа надёжности резервированных систем при общем резервировании замещением, который включает в себя оценку выигрыша надежности по вероятности отказа, а также оценку выигрыша надежности по среднему времени безотказной работы системы.

 

 

 

 

1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМ

1.1 Основные понятия надёжности систем

 

Теория надежности как самостоятельное направление  науки начала развиваться совсем недавно. Слово «надежность» до этого  определяло чисто качественное состояние  чего-либо.

Усложнение современной техники, увеличение ее мощи, возрастание требований к конечному продукту потребовало  создания специальной науки «Теория  надежности», с помощью которой  возможно количественное определение  показателей надежности работы и  эксплуатации сооружений и устройств  в отдельности и систем в целом.

Обеспечение надежности работающих сооружений (объектов) и выпускаемой продукции  стало одной из важнейших общегосударственных  задач прежде всего потому, что  ненадежность наносит огромный экономический  и порой экологический ущерб  народному хозяйству, связанный  с затратами на ремонт, с недодачей  или потерями продукции, с содержанием  технического персонала, не говоря уже  об угрозе безопасности и здоровью людей, о политических и моральных факторах, которые невозможно учесть обычными экономическими показателями.

Практический опыт показывает, что  в большинстве случаев для  рассматриваемых систем выгоднее предусмотреть  дополнительные средства на обеспечение  требуемой надежности на первоначальном этапе (т. е. на этапе проектирования), чем расплачиваться дополнительными  эксплуатационными затратами (ненадежностью  в последующем).

Целью изучения и внедрения надежности в производство и производственные процессы является создание условий  устойчивой работы объектов за определенный период времени, исключение аварийных  ситуаций, повышение качества выпускаемой продукции и, в конечном счете, повышение экономичности работы различных устройств и предприятий в целом.

В соответствии с ГОСТ 27.002—83 надежность как техническое понятие для  названных систем может быть сформулировано так: свойство устройств, сооружений, систем и объектов в целом, а также изделий (продуктов) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения нормируемых (расчетных) эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

В понятие надежности входит не только определение сроков службы тех или  других технических устройств и  сооружений, но и выявление направлений, с помощью которых возможно продление  уже установленных сроков их эксплуатации.

Надежность как наука занимается решением таких задач:

- изучением критериев и количественных характеристик надежности;

- исследованием методов анализа надежности;

- разработкой методов испытания оборудования на надежность;

- разработкой научных методов эксплуатации объектов.

Надёжность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его пребывания может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определённое сочетание этих свойств.

1. Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
2. Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
3. Ремонтопригодность – это свойство объекта, заключающиеся в приспособляемости в подержании к восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта с учетом стоимости. «Цикл жизни» системы определяется производителем и в паспорте устройства – срок службы.
4. Срок службы – в указанном периоде времени система будет ремонтопригодна, и все составные элементы будут в наличии.
5. Сохраняемость – это свойство объекта сохранить в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и транспортирования.

Рассмотрим  следующие виды технического состояния  объекта:

1. Рабочее (исправное) состояние – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Нормативно-техническая документация описывает основные свойства системы и условия эксплуатации. Конструкторская (проектная) содержит описание всех функций и правил функционирования системы.
2. Нерабочее (неисправное) состояние – это состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и конструкторской документации.
3. Работоспособное состояние – это состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданных функций, соответствует требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.
4. Неработоспособное состояние – это состояние, при   котором значение одного из параметров, характеризующих способность выполнять заданных функций,  не соответствует требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.
5. Предельное состояние – это состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Далее рассмотрим термины – повреждение  и отказ системы.

Повреждение системы – это событие, которое заключается в нарушение исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Отказ системы – это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Отказ является следствием развития неустранимых повреждений или наличие дефекта, то есть каждого отдельного несоответствия объекта установленным нормам или требованиям.

Специальный вид отказа – неуправляемый  и внезапный отказ – характеризуется  скачкообразным изменением значения одного или нескольких параметров объекта. Внезапный отказ происходит из-за следствий внешней среды.

Существуют также и дополнительные виды отказа:

1. ресурсный отказ – это отказ, в результате которого объект приобретает предельное состояние.
2. эксплуатационный отказ – это отказ, по причине, связанной с нарушением установленных правил или условий эксплуатации.

При расчетах и анализе надежности систем используется термин – элемент системы.

Элемент системы – это часть сложного объекта, который имеет самостоятельную характеристику надежности, используемую при расчетах и выполняющих определенную частную функцию в интересах сложного объекта, который по отношению к элементу представляет собой систему.

Понятие элемента системы зависит от рассматриваемой  области и размера самой рассматриваемой  области.

 

1.2 Основные показатели надёжности 

 

Для оценки надежности используют два вида показателей:

1. количественные показатели оценки надежности отдельных элементов;
2. комплексные показатели.

К количественным показателям оценки надежности относятся: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Данные показатели позволяют проводить  расчетно-аналитическую оценку количественных характеристик отдельных свойств. При выборе различных схемных  и конструктивных вариантов оборудований. Оценка производится при разработке, испытании и эксплуатации. В процессе разработки оценка производится теоретическим  способом с применением расчета  основных характеристик надежности объектов. При испытаниях производится комплексная проверка системы и  отдельно элементов системы. Испытания  зависят от применяемости объекта.

По применяемости объекты делятся  на три категории:

1. объекты для общего использования (t=0^○C ÷ 40^○C);
2. промышленные системы, к ним применяются более жесткие требования по испытаниям и эксплуатации – это системы, которые влияют на жизнь человека (t=-25^○C ÷ +40^○C);
3. объекты по специальному назначению – это все объекты, которые влияют на деятельность человека (t=-50^○C ÷ 80^○C).

При эксплуатации тестирование на надежность проводится на опытных образцах. По результатам эксплуатации делается оценка и производится доработка  системы.

Комплексные показатели используются при оценке и анализе в соответствии эксплуатационно-технических характеристик  объектов заданным требованием. Данные характеристики оцениваются на этапе  испытания и эксплуатации системы. Все показатели надежности определяются как вероятностные характеристики. Соответственно, отказ будет являться случайным событием. Условия эксплуатации объекта не определяют точно момент и место возникновения отказа.