Тема 7. Надежность и качество функционирования ИС.
Определение понятий качественных характеристик, определение «надежности» технического объекта, свойства и стороны надежности. Виды надежности. Понятие отказов и их виды. Эффективность объекта и связь с надежностью.
Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
В этом определении на первый план ставится сохранение параметров, обеспечивающих выполнение заданных функций, что более точно выражает существо понятия «надежность».
Надежность является одной из важнейших характеристик качества объекта — совокупности свойств, определяющих пригодность использования его по назначению. В отличие от других характеристик качества надежность обладает следующей специфической особенностью. Обычные характеристики качества объекта, такие, как быстродействие, производительность, емкость памяти, мощность потребления, масса и др., измеряются для некоторого момента времени («точечные» характеристики качества). Надежность характеризует зависимость «точечных» характеристик качества либо от времени использования, либо от наработки объекта. Надежность — характеристика временная. Она может быть ориентирована либо на прошедшее время (в этом случае говорят: изделия до данного момента проработали такое-то количество часов, поэтому они обладали таким-то показателем надежности), либо в будущее время (в этом случае говорят: данные изделия, если они будут использоваться в предписанных условиях, будут обладать такой-то надежностью).
|
|
|
Надежность нельзя смешивать с другими характеристиками качества, игнорируя ее особенности, и противопоставлять им, так как в результате противопоставления возникают нелепые формулировки, вроде такой: «изделие высокого качества, но низкой надежности». Вывод о качестве объекта может быть сделан только тогда, когда учитываются и «точечные» характеристики качества и сохранение их в течение заданного интервала времени, или заданной наработки. Нельзя, например, говорить о качестве вычислительного комплекса по информации о его быстродействии и емкости памяти, если ничего не известно о его надежности. Точно так же нельзя говорить о качестве комплекса, если известно только то, что он обладает высокой надежностью.
Надежность — сложное свойство. Оно включает в себя более простые свойства (одно или несколько частных свойств). Эти частные свойства объекта называют также сторонами надежности (составными частями надежности).
|
|
|
Стороны надежности. К частным свойствам объекта, являющимся отдельными сторонами его надежности, относятся:
1. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени, или некоторой наработки.
2. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению отказов и восстановлению работоспособности объекта либо путем проведения ремонта, либо путем замены отказавших комплектующих элементов.
Поэтому возникают две самостоятельные характеристики ремонтопригодности: приспособленность к проведению ремонта (ремонтопригодность в узком смысле) и приспособленность к замене в процессе эксплуатации (восстанавливаемость или заменяемость).
3. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т. е. наступления такого состояния, когда оно должно быть направлено либо в ремонт (средний или капитальный), либо изъято из эксплуатации.
4. Сохраняемость — свойство объекта сохранять работоспособность в течение (и после) его хранения и (или) транспортирования. В данном случае частное свойство объекта — сохраняемость — также расчленяется на еще более простые свойства: сохраняемость в процессе (и после) хранения в специально приспособленном помещении, сохраняемость в процессе (и после) хранения в полевых условиях, сохраняемость в процессе (и после) транспортирования по железной дороге и т. д.
|
|
|
Работоспособность — такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, удовлетворяя требованиям нормативно-технической документации. Работоспособность — характеристика состояния объекта в некоторый момент времени.
Надежность — свойство сохранять работоспособность на некотором отрезке времени или при выполнении некоторого объема работы.
Таким образом, надежность — сложное комплексное свойство объекта — может расчленяться на все более простые (частные) свойства.
Перечисленные выше свойства объектов — частные свойства (стороны надежности) — являются общепризнанными и рекомендуются для широкого класса изделий. Однако для ИС, информационных сетей и вычислительной техники оказалось, что этих свойств характеристики надежности недостаточно. В практике создания и использования ИС находят применение дополнительные частные свойства, без учета которых нельзя в полной мере представить комплексное понятие «надежность». Рассмотрим эти свойства.
|
|
|
1. Живучесть — свойство объекта сохранять работоспособность (полностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации.
При задании требований к надежности объекта обычно указываются нормальные условия его эксплуатации. Но к ряду объектов ответственного назначения могут предъявляться требования выполнить некоторые функции в условиях, существенно отличающихся от нормальных (даже катастрофически разрушающих). В этом случае возникает требование к живучести объекта. Оно может быть сформулировано, например, таким образом: «выполнять заданные функции на заданном интервале времени после разрушающего воздействия», «сохранять частичную работоспособность после разрушающего воздействия» и т. д. Главный смысл требования к живучести объекта состоит не только в том, чтобы он длительное время работал непрерывно без отказа в нормальных условиях эксплуатации его можно было быстро отремонтировать, но также и в том, чтобы он в ненормальных условиях эксплуатации сохранял работоспособность, хотя бы и ограниченную.
Достоверность информации, выдаваемой объектом. При работе вычислительной машины или тракта передачи информации могут отсутствовать отказы. Поэтому объект может обладать высокой безотказностью, хорошей долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью. Однако в нем могут иметь место сбои, искажающие информацию. В изделии «ломается», «портится» не аппаратура, а информация. Это не менее опасная «поломка», но она не находит отражения в перечисленных выше основных сторонах надежности. Поэтому и вводится еще одна дополнительная сторона надежности — достоверность.
В практике создания и использования технических систем возможно появление и других дополнительных сторон надежности. При введении в техническую документацию (ТЗ, ТУ) тех или других сторон надежности необходимо обращать внимание на то, чтобы среди них не было лишних, ненужных для описания комплексного показателя надежности, а также таких, которые нельзя измерить, которые не имеют определенного ясного и понятного физического смысла. При этом необходимо следить, чтобы набор используемых сторон надежности (частных свойств) был достаточным для описания надежности объекта, с тем чтобы объект, признанный удовлетворяющим требованиям надежности, не оказался вдруг непригодным для выполнения заданных функций.
Виды надежности. При исследовании надежности часто ставится задача определить причины, приводящие к формированию той или другой стороны надежности. Без этого невозможно наметить правильную программу работ по повышению надежности. Это приводит к делению надежности на: .'
- аппаратурную надежность, обусловленную состоянием аппаратуры;
- программную надежность объекта, обусловленную состоянием программ;
- надежность объекта, обусловленную качеством обслуживания, и надежность функциональную.
Аппаратурная надежность может при необходимости расчленяться на более мелкие разновидности надежности, например на надежность конструктивно-схемную и производственно-технологическую.
Особого внимания заслуживает понятие «программная надежность», так как ее важная роль в обеспечении надежности ИС является одной из самых характерных особенностей прикладной теории надежности ИС. -
Учет влияния программного обеспечения приводит к необходимости выделять в особый вид программную надежность объектов.
Надежность функциональная — надежность выполнения отдельных функций, возлагаемых на систему. ИС, как правило, система многофункциональная, т. е. она предназначается для выполнения ряда функций, различных по своей значимости. Требования к надежности выполнения различных функций могут быть различным (например, для функции «расчет зарплаты» требуется высокая точность, но не требуется жесткого ограничения времени). Поэтому может оказаться целесообразным задавать различные требования к выполнению различных функций. При определении функциональной надежности следует учитывать всю совокупность факторов, действующих на показатель данной функциональной надежности. Примером функциональной надежности в ИС может быть надежность передачи определенной информации в системе передачи данных.
Большое число различных сторон и видов надежности не означает, что каждый раз при задании требований к надежности объектов или при исследовании его надежности необходимо использовать весь этот перечень. В каждом конкретном случае следует пользоваться такими сторонами и видами надежности, которые необходимы для характеристики надежности объекта с учетом его целевого назначения.
В основе понятия надежности объекта лежит понятие его отказа.
Отказы. Отказ объекта — событие, заключающееся в том, что объект либо полностью, либо частично теряет свойство работоспособности. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной — частичный отказ. Понятия полного и частичного отказов каждый раз должны быть четко сформулированы перед анализом надежности, поскольку от этого зависит количественная оценка надежности. Требования к надежности изделия, а также количественная оценка надежности без указания признаков отказа не имеют смысла.
Отказы могут быть внезапными и постепенными. Эти отказы различны по природе возникновения.
Внезапному отказу может не предшествовать постепенное накопление повреждений, и он возникает внезапно. Технология изготовления современных элементов аппаратуры столь сложна, что не всегда удается проследить за скрытыми дефектами производства, которые должны выявляться на стадии тренировки и приработки аппаратуры. В процессе эксплуатации случайно могут создаться условия, при которых скрытый дефект приводит к отказу изделия (пиковые нагрузки, тряска и вибрация, температурный скачок, помехи и т. д.). Но неблагоприятного сочетания неблагоприятных факторов может и не быть, тогда не будет и внезапного отказа. При большом уровне случайных неблагоприятных воздействий внезапный отказ может произойти даже при отсутствии скрытых дефектов.
Постепенный отказ возникает в результате постепенного накопления повреждений, главным образом вследствие износа и старения материалов.
Выделять внезапные и постепенные отказы необходимо, потому что закономерности, которым они подчиняются, различны. Различными поэтому должны быть и способы борьбы с этими отказами. Для уменьшения числа внезапных отказов может быть рекомендована предварительная тренировка и приработка изделия с целью выявления скрытых дефектов производства, а также ведение защиты от неблагоприятных воздействий типа помех, нагрузок, вибраций и т. п. Уменьшению числа постепенных отказов может содействовать своевременная замена сменных блоков, выработавших технический ресурс.
Отказ может быть кратковременным самоустраняющимся. В этом случае он называется сбоем. Характерный признак сбоя - то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ремонта аппаратуры. Причиной сбоя может быть кратковременный отказ аппаратуры (например, залипание контакта), либо кратковременно действующая помеха, либо дефекты программы, приводящие к неблагоприятным временным характеристикам работы аппаратуры. Опасность сбоев Заключается в том, что их трудно и часто даже невозможно обнаружить в процессе работы аппаратуры, но они могут исказить информацию настолько, что приведут к отказу выполнения заданной функции.
Отказы в ИС целесообразно подразделять на аппаратурные и программные.
Аппаратурным отказом принято считать событие, при котором изделие утрачивает работоспособность и для его восстановления требуется проведение ремонта аппаратуры или замена отказавшего изделия на исправное.
Программным отказом считается событие, при котором объект утрачивает работоспособность по причине несовершенства программы (несовершенство алгоритма решения задачи, отсутствие программной защиты от сбоев, отсутствие программного контроля состоянием изделия, ошибки в представлении программы на физическом носителе и т. д.). Характерным признаком программного отказа является то, что устраняется он путем исправления программ.
Для объектов ответственного назначения целесообразно выделять в отдельную группу отказы, которые могут приводить к катастрофическим последствиям (гибели людей и т. д.). В заданиях надежности необходимо выделять в отдельную группу требований по обеспечению безопасности.
В непосредственной связи с понятием «надежность» находит понятие «эффективность». Эффективностью объекта называется свойство объекта выдавать некоторый полезный результат (эффект) при использовании его по назначению.
Из определения надежности и эффективности очевидно, что это различные, хотя и взаимосвязанные, понятия. Чем выше надежность объекта, тем выше и его эффективность, но до некоторого предела. Повышение надежности выше определенного уровня нецелесообразно с точки зрения повышения эффективности.
Эффективность номинальная — эффективность объекта при безотказном его состоянии.
Эффективность реальная — эффективность реального объекта, т. е. не обладающего идеальной надежностью.
Эффективность техническая — технический эффект, полученный при использовании объекта (количество переданной информации, снижение затрат времени и т. д.).
Эффективность экономическая — степень выгодности экономических затрат при использовании объекта.
Эффективность оперативная — воздействие результатов применения объекта, на выполнение некоторой операции.
Например, снижение затрат времени на прибытие машины скорой помощи к пострадавшему — показатель технической эффективности ИС «Скорая помощь». Повышение числа благоприятных исходов при оказании медицинской помощи — показатель оперативной, эффективности ИС «Скорая помощь».
Использование понятия «эффективность» в теории надежности вызвано тем, что оно позволяет расширить представление о надежности сложных объектов, для которых возможны не только полные, но и частичные отказы. Используемые на первых этапах развития теории надежности показатели надежности были ориентированы на оценку надежности объектов, которые могут находиться только в двух состояниях — либо в состоянии отказа, либо в состоянии отсутствия отказа. Сложный объект может находиться в состоянии частичного отказа, т. е. в состоянии сохранения частичной работоспособности при отказе части комплектующих элементов. В этом случае необходимо определять степень значимости отказов — их влияние на эффективность объекта. В результате осуществляется слияние показателей надежности и показателей эффективности в комплексный показатель надежности, учитывающий влияние надежности на эффективность
Таким комплексным показателем надежности является коэффициент сохранения эффективности.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!