Основные понятия и показатели надежности Лекция 2. - презентация

1 Основные понятия и показатели надежности Лекция 2

2 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 2 Понятие о надежности Надежность (reliability) - свойство системы выполнять требуемые функции и сохранять значения параметров в заданных пределах при определённых условиях эксплуатации. Теория надёжности - это наука, изучающая закономерности особого рода явлений - отказов технических систем.

3 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 3 Основные состояния надежности системы Исправность – состояние системы, при котором она соответствует всем требовани- ям, установленным нормативно-технической документацией (НТД). Работоспособность – состояние системы, при котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя значения основных пара- метров, установленных НТД.

4 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 4 Основные состояния надежности системы Предельное состояние – состояние системы, при котором ее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. Применение (использование) системы по назначению прекращается в следующих случаях: при неустранимом нарушении безопасности; при неустранимом отклонении величин заданных параметров; при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.

5 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 5 Восстанавливаемые и невосстанавливаемые объекты (системы) Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа Невосстанавливаемые - в случае возникновения отказа работоспособность не подлежит восстановлению Восстанавливаемые - работоспособность может быть восстановлена, в том числе и путем замены элемента или системы – в процессе работы допускаются остановки для ремонта или замены

6 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 6 Причины возникновения отказов Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа. Дефект (faults) – причина отказов – неисправ- ность, которая приводит к отказу не сразу, а через некоторое время.

7 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 7 Виды дефектов: 1. Дефекты разработки (development faults) – характерны для программных средств и проявляются при определенных условиях (входных данных); 2. Физические дефекты (physical faults) – характерны для аппаратных средств и возникают вследствие естественных причин (старения элементов); 3. Дефекты взаимодействия (interaction faults) – являются следствием внешних воздействий (информационных атак, ошибок персонала, экстремальных воздействий физического характера и т.п.)

8 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 8 Классификация и характеристики отказов По своей природе отказы могут быть: случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.; систематические, обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.

9 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 9 Классификация и характеристики отказов По типу отказы подразделяются на: отказы функционирования (выполнение основных функций объектом прекращается); отказы параметрические (некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах).

10 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 10 Основные признаки классификации отказов характер возникновения; причина возникновения; характер устранения; последствия отказов; дальнейшее использование объекта; легкость обнаружения; время возникновения.

11 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 11 Характер возникновения: внезапный отказ – отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта; постепенный отказ – отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения качества объекта.

12 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 12 Причина возникновения: конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта; производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершен- ства или нарушения технологии; эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации. аппаратурный отказ - требуется проведение ремонта аппаратуры или замена отказавшего объекта на исправный. программный отказ - объект утрачивает работоспо- собность по причине несовершенства программы

13 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 13 Характер устранения: устойчивый отказ; перемежающийся отказ или сбой - (возникающий / исчезающий) – вызывается самоустраняющейся неисправностью Последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый); средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы); тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).

14 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 14 Дальнейшее использование объекта: полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения; частичные отказы, при которых объект может частично использоваться. Легкость обнаружения: очевидные (явные) отказы; скрытые (неявные) отказы.

15 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 15 Время возникновения: приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации; отказы при нормальной эксплуатации; износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материа- лов и пр.

16 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 16 Составляющие надежности Надежность является комплексным свойством, включа-ющим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств: безотказность; долговечность; ремонтопригодность; сохраняемость; живучесть; достоверность информации; В зависимости от объекта надежность может опреде-лятся всеми перечисленными свойствами или частью их.

17 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 17 Составляющие надежности Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени. Наработка – продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в любых неубывающих величинах Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

18 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 18 Составляющие надежности Ремонтопригодность – свойство объекта, заключа- ющееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

19 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 19 Составляющие надежности Живучесть - свойство объекта сохранять работоспособность (полностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации.

20 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 20 Составляющие гарантоспособности Гарантоспособность (dependability) - надежность в широком смысле – способность КС пре доставлять требуемые услуги, которым можно оправданно доверять – является комплексным свойством объединяет свойства классической надежности, функциональной и информационной безопасности Гарантоспособная КС (ГКС) – это система, обладающая полным или частичным набором первичных свойств, составляющих гарантоспособность.

21 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 21 Составляющие гарантоспособности безотказность (reliability) – свойство непрерывно предоставлять корректные (требуемые ) услуги ; готовность (availability) – свойство доступности ресурсов КС для предоставления требуемых услуг ; живучесть (survivability) – свойство минимизировать снижение и сохранять в приемлемых пределах объём и качество предоставляемых услуг при отказах ; функциональная безопасность (safety) – свойство исключать или минимизировать вредные (катастро-фические ) последствия при отказах для пользователей, других систем или окружающей среды ;

22 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 22 Составляющие гарантоспособности целостность (integrity) – свойство исключать непреду-смотренные изменения системы и предоставляемых услуг конфиденциальность (confidentiality) – свойство препятствовать неавторизованному доступу к инфор-мации об услугах ; достоверность (high confidence) – свойство правильно оценивать корректность предоставляемых услуг (информации), т.е. определять степень доверия к услуге ; Обслуживаемость(ремонтопригодность) (maintainability) – свойство приспособленности к модификациям и ремонту.

23 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 23 Основные показатели надежности Показатель надежности количественно характеризует, в какой степени данному объекту присущи определенные свойства, обуславливающие надежность. Показатели надежности представляются в двух формах (определениях): 1) Статистическая (выборочные оценки при экспериментальных исследованиях на надежность); 2) Вероятностная (при аналитических оценках). С ростом числа испытаний 1) стремится к 2).

24 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 24 Показатели надежности невосстанавливаемых объектов Обозначения: Т – случайное время – наработка на отказ объекта (интервал времени от начала работы до первого отказа ); F(t) = P {T t} – функция распределения времени до первого отказа; f(t) - плотность распределения времени до первого отказа; n(t) – число отказавших объектов к моменту t; N(t) – число работоспособных объектов к моменту t; N(0) = N – число объектов, поставленных на испытания.

25 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция ) Вероятность безотказной работы - вероятность того, что время безотказной работы изделия будет больше или равно некоторому значению t а) вероятностное определение вероятность того, что при заданных условиях эксплуатации в течение интервала времени t не возникнет отказа, т.е. система будет работоспособна. б) статистическое определение

26 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция ) Вероятность отказа вероятность того, что наработка на отказ окажется меньше некоторой заданной наработки t: а) вероятностное определение б) статистическое определение

27 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 27 Графики вероятностей безотказной работы и отказа

28 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция )Вероятность безотказной работы в интервале времени ( t 1, t 2 ) 4)Вероятность отказа объекта в интервале времени ( t 1, t 2 )

29 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция ) Плотность распределения отказов Характеризует частоту отказов для конкретных значений наработок а) вероятностное определение б) статистическое определение где n – число объектов, отказавших на интервале [ t, t + t];

30 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 30 График плотности распределения отказов

31 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция ) Интенсивность отказов в момент времени t показывает частоту отказов, отнесенную к фактически работоспособному числу объектов на момент наработки t. а) вероятностное определение б) статистическое определение где n – число объектов, отказавших на интервале [ t, t + t];

32 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 32 График интенсивности отказов 1 - период приработки объекта, 2 - период нормальной работы, 3 - период старения (t) 0 t t1t1 t2t2

33 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 33 Числовые характеристики надёжности Рассмотренные количественные характеристики надёжности являются функциями времени. Для определения этих характеристик на основе опытных данных с достаточной точностью требуется большой объём испытаний. Более просто найти числовые характеристики надёжности: 1) среднее время безотказной работы (средняя наработка на отказ); 2) дисперсия времени безотказной работы; 3) среднее квадратичное отклонение (СКО) наработки до отказа.

34 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 34 Среднее время безотказной работы а) вероятностное определение б) статистическое определение - время безотказной работы i -го изделия; N - общее число изделий, поставленных на испытания).

35 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 35 При равных средних наработках до отказа надежность объектов 1 и 2 существенно различается. Ввиду большего рассеивания наработки до отказа (кривая ПРО f 2 (t) ниже и шире), объект 2 менее надежен, чем объект 1..

36 СевНТУ, кафедра КиВТ, курс "НКДиЭЭВМ", 2007, лекция 2 36 Дисперсия безотказной работы а) вероятностное определение б) статистическое определение Среднеквадратичное отклонение