Ясно, что в этом случае ВБР системы из параллельных элементов меняется во времени не экспоненциально.

Для расчета надежности (ВБР) реальных систем составляется надежностная схема, которая обычно является сочетанием рассмотренных нами двух схем. По ней определяется ВБР путем подставки ВБР отдельных элементов.

 

Лекция 4. Инженерный подход к уровню надежности СТС.Три пути повышения надежности ЦВМ и сетей ЦВМ и других средств автоматизации и управления. Надежность персонала АСУ

Инженерный подход к уровню надежности СТС

В общем случае при наличии полного или частичного резервирования (параллельная надежностная схема) ВБР не меняется по ехр во времени, а меняется по более сложному закону.

Для ЦВМ, состоящей из 100 БИС в последовательной надежностной схеме за время работы 1 год -10000 часов ВБР будет равна

Р 1 - *t= 1 – nλ t =1 – 100*10^-7*10⁴=0, 9

Это низкая ВБР, если учесть, что эта ЦВМ работает в составе сложной системы. Пусть речь идёт о спутнике. Пусть спутник состоит из шести подсистем, каждая из которых в свою очередь сложна и состоит не менее, чем из сотни элементов. В этом случае ВБР каждой из подсистем также имеет значение порядка 0, 9 за время работы один год при принятой интенсивности отказов БИС.

Пусть эти подсистемы:

-система управления угловой ориентацией и стабилизацией,

-системная БЦВМ,

-двигательная установка,

-система терморегулирования,

-система энергоснабжения,

-система подвижных элементов конструкции – антенны, панели солнечных батарей.

Отказ каждой из этих подсистем ведет к отказу спутника в целом и поэтому эти подсистемы соединены в последовательную надежностную схему. Полагая значения λ одинаковыми для всех элементов, имеем ВБР спутника на один год

Р = e ^{-6nλ t} = exp ( -6*(10^-5)*10^4) 0, 5.

Это означает, что в среднем каждый второй спутник откажет в течении года.Это никуда не годится. Поэтому ВБР О, 9 на подсистему сложной системы является недопустимо низкой и надо говорить, например, о ВБР на каждую комплектующую подсистему равную 0, 99 или по крайней мере 0, 95. При ВБР каждой подсистемы, равной 0, 99 за один год, ВБР спутника за один год составит уже

Р = e ^{-6nλ t} = ехр ( -6*(10^-6)*10^4) 0, 94

Это с инженерной точки зрения можно считать удовлетворительным результатом.

Возвращаясь к интенсивности отказов комплектующих подсистемы элементов, для получения правильного сточки зрения надежности системы результата необходимо иметь её значения не ниже = 10^-8[1/ час ]

В возможности вычислительных систем работать бесперебойно и безотказно 24 часа в сутки заинтересованы не только пользователи сравнительно небольших систем реального времени, охранных систем, но и пользователи банковских систем, территориально разнесенных систем управления и т. п.

На первый взгляд попытки этих пользователей требовать 99, 9999% готовности вычислительной системы (для ремонтируемых систем среднее отношение времени нахождения в работоспособном состоянии на некотором интервале времени к величине этого интервала называется готовностью) могут показаться абсурдными. Однако, если учесть, что система с готовность 99, 9% имеет в год 500 минут простоя из за ремонта по сравнению с 30 секундами годового простоя системы с готовностью 99, 9999%, то эти требования уже не кажутся чрезмерными.

 

Три пути повышения надежности ЦВМ и сетей ЦВМ и других средств автоматизации и управления.

Поскольку процесс возникновения отказов это – случайный во времени процесс, то теория надежности – специальный раздел теории вероятности. С другой стороны теория надежности должна базироваться на статистике наблюдаемых отказов и с этой точки зрения она - экспериментальная наука. Для получения статистики по отказам производители элементной базы ставят эксперименты над партией элементов, заставляя их работать в заданных условиях в течении заданного времени до отказа части из них. После этого определяются показатели надежности этих элементов.

Теория надежности дала инженерной практики два важных результата:

1.Методы теории надежности позволяют рассчитать надежность системы по надежности составляющих ее элементов. Для этого и надо иметь экспериментальные характеристики их надежности и представлять структурную схему системы для проведения расчетов.

2.Методы теории надежности позволяют конструировать надежные системы из не надежных элементов, используя избыточные (резервные) элементы, соединенные в резервированную систему особым образом.

Полученные экспериментальные данные по надежности элементной базы являются таким образом основой для проведения расчета надежности сложных систем, состоящих из множества элементов.

Для расчета надежности (ВБР) реальных систем составляется надежностная схема, которая обычно является сочетанием рассмотренных нами двух схем. По ней определяется ВБР путем подставки ВБР отдельных элементов.

 

Как добиться, чтобы ВБР подсистем, в частности ЦВМ достигла значений 0, 99 и большего количества 9 после запятой? Из приведенных простейших расчетов ясно, что есть три пути:

-повышать надежность комплектующих элементов – уменьшать интенсивность отказов ,

-повышать степень интеграции элементов, что приведет к сокращению их количества в системе (при этом высоко интегрированных элементов имеет тот же порядок, что и низко интегрированных),

- применять временную или элементную избыточность в частности резервирование – использования резервных элементов, подключаемых взамен отказавших.

Высокие требования по надежности трудно обеспечить для системы, в которой множество элементов.

Например, система состоящая из 1000 высоконадежных БИС

с ^-8[1/час] в лучшем случае будет обладать ВБР за 10000 часов работы (1 год)

P(t)=exp(- tN) 1- tN=0, 9

Это –невысокая ВБР, несмотря на то, что ВБР каждой отдельной БИС достаточно велика за тоже время 10000 часов.

P(t)БИС=1- t=1-10 -4=0, 9999

Повышение ВБР такой системы можно достичь, уменьшая интенсивность отказов , повышая качество элементов, или уменьшая число элементов в системе N, удерживая тот же уровень интенсивности отказов. Поэтому рост степени интеграции БИС, составляющих систему, способствует повышению её надежности. Ситуация с повышением качества элементной базы ЦВМ, имеющей в настоящее время в РФ импортное происхождение, будет нами рассмотрена ниже в одной из лекций.

 

Надежность персонала АСУ

 

В отличие от САУ в АСУ в контур управления включен человек, на которого возлагаются функции принятия наиболее важных решений и ответственности за принятые решения.

Во всех системах автоматизации главными элементами для управления и переработки, передачи и хранения информации являются ЦВМ с соответствующим ПО и вычислительные сети.

Поэтому объектами изучения курса «надежность систем автоматизации» рассматриваются методы обеспечения надежности:

ЦВМ, ПО для них, сетей ЦВМ и человека, как элемента автоматизированной системы.

Обычно рассматриваются три группы задач, решаемых человеком в АСУ:

- управление объектом в процессе штатного функционирования,

- техническое обслуживание и ремонт объекта,

- управление объектом в процессе нештатной – аварийной ситуации.

Основная проблема при этом – низкая надежность человека, как элемента АСУ.

Типы ошибок персонала - ошибок -промахов для всех этих задач одинаков:

- пропуск – не выполнение требуемой по алгоритму операции,

- некачественное выполнение операции, требуемой по алгоритму,

- нарушение следования операций,

- замещение операций - вместо требуемой выполняется другая,

- нарушение своевременности операций,

- выполнение ложных операций, отсутствующих в алгоритме управления.

Это операторские ошибки, совершаемые в процессе эксплуатации АСУ. Ошибки, совершаемые человеком на стадии проектирования, разработки и изготовления системы и ПО для неё нами здесь не рассматриваются. Они рассматриваются нами в других курсах.

Наиболее значимыми факторами, влияющими на частоту ошибок - промахов являются запас времени на принятие решения, факторы стресса, сложность и критичность задачи, характеристики инструкций по выполнению функций персонала, характеристики человеко-машинного интерфейса.

При плохих инструкциях по выполнению функций персонала, а также вообще при отсутствии каких либо инструкций по действию в нештатных, не рассмотренных при разработке системы, ситуациях возможны и ошибки- заблуждения. Когда персонал действует по неправильному плану или алгоритму при этом его действия правильны(нет ошибок –промахов).

Объем информации, поступающей к человеку извне, оценивается в 10⁹ бит/сек, из которых только 100 бит/сек обрабатывается сознанием. Мозг имеет ограниченные возможности по обработке информации. Если количество информации, поступающей в единицу времени возрастает, то способность к обработке теряется и внимание концентрируется только на её части.

Методология определения численных показателей надежности человека -оператора также базируется на массовом эксперименте. При этом предварительно необходимо составление перечня действий человека по управлению конкретной АСУ, который и анализируется пооперационно с определением частоты ошибок по каждой операции.

Для иллюстрации вероятностей ошибок человека-оператора приведем некоторые данные по ошибкам в нормальных условиях его деятельности:

-при восприятии устного сообщения(1-3 слова) вероятность ошибки 0, 0002,

- при чтении(1-3 слова) вероятность ошибки 0, 0010,

- при восприятии показаний цифрового прибора вероятность ошибки 0, 0012,

- при нажатии требуемой клавиши вероятность ошибки 0, 005,

- при выборе переключателя вероятность ошибки 0, 0001,

При напряженной работе, при которой быстро происходит смена ситуаций вероятность ошибки 0, 2-0.3.

Интерфейс пользователя – видимая часть системы управления и единственная с которой взаимодействует человек. Интерфейс пользователя должен способствовать повышению ответственности, облегчать работу, и уменьшать вероятность ущерба от человеческих ошибок.

Следует признать необходимым элементом интерфейса подтверждение опасных с точки зрения целостности информации и системы действий оператора.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: