Термин «эксплуатация» означает использование чего-то для определенных целей.

НАДЕЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

Задачи эксплуатации аппаратуры информационных систем и оценка их надежности

 

Термин «эксплуатация» означает использование чего-то для определенных целей.

Применительно к технике информационных систем (ИС) под термином «эксплуата­ция» понимают комплекс мероприятий, обеспечивающих все этапы существования конкретной аппаратуры ИС с момента их производства: транспортировки, хранения, работы, обслужи­вания и ремонта.

Возрастание сложности ИС и увеличение возлагаемой на них ответственности потребовали разработки научных основ, замены старых представлений об эксплуатации, как чисто экспериментальной области, где все построено в основном на опыте обслуживания.

Задачами эксплуатации ИС являются организация и прове­дение различных мероприятий, обеспечивающих технически правильное использование аппаратуры при работе, постоянную готовность, поддерживание исправного состояния и продления ресурса работы аппаратуры. Перечень основных мероприятий и их классификация приведены на рис. 1.

Все мероприятия, выполняемые при эксплуатации ИС и их организации, удобно разделить на три группы:

- работа аппаратуры;

- организация эксплуатации;

- техническое обслуживание.

Под работой аппаратуры ИС мы понимаем их использование по назна­чению в широком смысле. При этом аппаратура может нахо­диться либо под током (работа аппаратуры на передачу или прием, работа ЭВМ и т.д.), либо в обесточенном состоянии (транспортировки, хранение, ожидание). В процессе эксплуата­ции аппаратура может переводиться из одного состояния в дру­гое. Например, ЭВМ, находящиеся в режиме ожидания, в обесточенном состоянии, при включении начи­нают работать под током. Для поддержания аппаратуры в ис­правном состоянии и продления ее ресурса необходимо прово­дить регулярное техническое обслуживание на основе плановой организации эксплуатации.

Организация эксплуатации состоит из мероприятий по подго­товке квалифицированных кадров, снабжению аппаратуры за­пасными элементами (ЗИП) и расходными материалами, планированию эксплуатации ИС, а также по сбору и обработке результатов эксплуатации.

Качество эксплуатации аппаратуры ИС в значительной степени опреде­ляется квалификацией обслуживающего персонала. Влияния человека можно рассматривать как результат деятельности, от которой зависят эксплуатационные свойства аппаратуры.

Для обеспечения нормальной эксплуатации аппаратуры ИС должны быть организованы их правильное снабжение расходными ма­териалами и средствами (горючими и смазочными материа­лами, электроэнергией, инструментом и т.д.), укомплектован­ность ЗИПом и своевременное их пополнение.

Кроме того, качественная эксплуатация аппаратуры ИС обеспечивается планированием ее работы, техническим обслуживанием, снаб­жением и подготовкой кадров.

Таким образом, процесс эксплуатации аппаратуры ИС состоит из боль­шого комплекса различных мероприятий, качество выполнения которых существенно влияет на эксплуатационные свойства аппаратуры.

Под эксплуатационными свойствами аппаратуры ИС понимают степень готовности и безотказности работы, их приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту.

Для количественной характеристики эксплуатационных свойств аппаратуры ИС применяются следующие критерии:

- наработка на отказ (или вероятность безотказной работы);

- среднее время восстановления (или вероятность восста­новления за определенное время);

- коэффициент готовности;

- эффективность профилактики;

- объем профилактики (среднее время выполнения профилактического обслуживания);

- коэффициент использования;

- коэффициент стоимости эксплуатации.

Наработка на отказ является критерием безотказности ИС, который определяется в первую очередь надежностью аппаратуры.

Надежность – свойство системы (ее элемента), обеспечивающее выполнения заданных функций в установленном для нее (или элемента) объеме, сохраняя при этом эксплуатационные показатели в пределах, соответствующих режимам и условиям эксплуатации.

Следует отметить, что надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения системы и условий ее эксплуатации характеризуется следующими показа­телями:

- безотказностью;

- долговечностью;

- ремонтопригодностью;

- сохраняемостью.

Все перечисленные характеристики надежности можно отнести и к ИС(рис. 2).

Безотказность – свойство системы сохранять работоспособ­ность в течении установленного времени эксплуатации.

Долговечность – суммарная наработка системы на отказ при установленном техническом обслуживании и ремонте.

Ремонтопригодность – свойство системы в приспособлении ее к обнаружению и устранению отказов, а также к их преду­преждению.

Сохраняемость – свойство системы сохранять исправность во времени при заданных условиях хранения, транспортирования.

Работоспособность – состояние системы, при котором она в данный момент времени соответствует всем требованиям, уста­новленным технической документацией.

Одним из основных понятий надежности является отказ – полная или частичная потеря работоспособности системы или ее элемента, т.е. под отказом понимают не только полное отсут­ствие работоспособности, но и ее ухудшение вследствии изме­нения основных параметров. Например, уход несущей частоты генератора ЭВМ за установленный номинал, сниже­ние мощности сигнала модема и т.д.

Все перечисленные выше характеристики надежности явля­ются качественным показателями. Однако, для оценки надеж­ности и планирования эксплуатации используются количест­венные характеристики (критерии) надежности. Эти характери­стики позволяют оценить надежность системы или элемента в течение всего срока их службы. К ним относятся критерии на­дежности невосстанавливаемых изделий: безотказность работы Р(t); интенсивность отказов λ(t); частота отказов f(t); наработка на отказ Т₀. Основной количественной мерой является вероят­ность безотказной работы аппаратуры ИС, то есть вероятность того, что в определенных условиях эксплуатации в пределах заданной про­должительности работы t отказ не возникнет.

Р(t)=1 – ;

где: N(t₀) – общее число изделий в момент t=0;

n(t) – число изделий, отказавших за время t.

Частотой отказа называется отношение числа отказавших из­делий в единицу времени к числу изделий, поставленных на ис­пытание при условии, что вышедшие из строя изделия не вос­станавливаются. Статистические значение частоты отказов f(t) равно:

f(t)= ;

 

где: n(Dti) – число отказавших изделий в интервале времени Dti=t₀-t.

Под интенсивностью отказов понимают отношение количе­ства изделий, отказавших в течении рассматриваемого проме­жутка времени, к среднему числу изделий, исправно работаю­щих в данный отрезок времени, т.е. интенсивность отказов ха­рактеризует степень надежности изделия в каждый данный мо­мент времени.

l= ;

где: n( ti) – количество отказавших элементов за время ti.

Nср=N - n(ti) – среднее число исправно работающих изделий в интервале Dt.

Данное выражение справедливо при весьма малых Dti и больших N. При этом полагают, что испытываемые изделия од­нотипны и работают в одинаковых режимах. Функция интен­сивности отказов имеет вид, представленный на рис.3.

Выделяется три участка: 1 – период приработки изделия; 2 – период нормальной эксплуатации, характеризуемый постоянством значения ; 3 – период эксплуатации, характеризуемой значитель­ным увеличением интенсивности отказов за счет износа и ста­рения.

Средняя наработка на отказ – среднее время продолжитель­ности работы изделия между отказами. В соответствии с опре­делением наработка на отказ представляет собой математиче­ское ожидание времени наработки между отказами.

Тср.=₀ò^¥t×dP(t);

Вычисление значения наработки на отказ по данным экс­плуатации определяется:

Тср.= ;

где: tcpi – среднее i-ое значение наработки между соседними отказами;

N(t) – число изделий за время эксплуатации.

Все ИС можно разделить на две группы: восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Восстанавливаемыми называют такие системы, которые в случае возникновения отказа могут быть восстановлены.

Невосстанавливаемыми называют системы, которые в случае отказа не подлежат или не поддаются восстановлению.

Рассмотрим критерии надежности восстанавливаемых изде­лий: поток отказа , наработка на отказ , вероятность безотказной работы .

Поток отказов w - плотность вероятности возникновения от­каза восстанавливаемого изделия для рассматриваемого мо­мента времени:

w(t)= ;

где: n(t) - число изделий, отказавших за время.

N - число испытуемых изделий в интервале времени .

Указанное выражение является статистическим определением параметра потока отказов.

Если , то .

Наработка на отказ – отношение наработки восстанавливае­мого изделия к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

;

где: n - число отказов;

- время работы изделия i-го образца.

Связь между интенсивностью отказов и наработкой на отказ при и Т_ср=t_ср выражается зависимостью:

Формула вероятности безотказной работы в этом случае можно записать в виде:

; или ;

Таким образом, для периода нормальной эксплуатации, ха­рактеризующегося , справедлив экспоненциальный закон на­дежности.

Из указанного выражения следует, что при t=T вероятность безотказной работы p(t)=0,37, т.е. при экспоненциальном законе среднее время безотказной работы равно времени, в течение ко­торого значение p(t) уменьшается до величины 0,37 (рис.4).

Средства ИС можно отнести к восстанав­ливаемой аппаратуре, которая должна быть работоспособной в любой произвольно выбранный момент времени. Для количест­венной оценки восстанавливаемости аппаратуры ИС применяют следую­щие критерии:

Вероятность восстановления – это вероятность того, что время восстановления работоспособности изделия не пре­вышает заданного.

Время восстановления – это время, затрачиваемое на об­наружение, поиск причин отказа и устранение последст­вий отказа.

Среднее время восстановления – это математическое ожи­дание времени восстановления работоспособности изделия. Определяется по формуле:

;

где: – общее время, затраченное на обнаружение и устранение отказа;

n – число отказов.

К количественным критериям надежности следует отнести ряд эксплуатационных коэффициентов. К ним относятся:

Коэффициент использования – это отношение суммарного времени исправной работы изделия к общему времени ра­боты и вынужденных простоев, взятых за один и тот же период эксплуатации.

;

где: - время исправной работы между (i – 1) и i-ой остановками;

- время простоя, затрачиваемое на ремонт и техническое обслуживание;

п-число перерывов в работе за выбранный период эксплуатации.

Коэффициент готовности – это вероятность того, что данное изделие будет работоспособной в любой произвольно выбранный момент времени.

;

где: - время наработки на отказ;

Тв - время восстановления изделия.

Коэффициент оперативной готовности– это вероятность того, что система, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособной в произвольный момент времени и, начиная с него, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. Режим ожидания (дежурства) – это такой режим, когда система включена, но не занята переработкой поступающей информации. Если вероятность безотказной работы системы Р(tp) в течение времени tp не зависит от момента начала работы, то коэффициент оперативной готовности равен:

;

Зная коэффициент готовности, можно определить коэффициент простоя: ;

Коэффициент готовности и простоя являются вероятностями противоположных случайных событий. Из этого следует, что величина коэффициента готовности может быть увеличена за счет уменьшения времени простоя.

 

1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: