Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 13

Различают объекты невосстанавливаемые и восстанавливаемые. К невосстанавливаемым относятся комплектующие электрорадиоэлементы и некоторые специализированные ЭВМ, к восстанавливаемым — ЭВМ общего назначения и большинство специализированных. Для невосстанавливаемых объектов случайной величиной является наработка до первого отказа, а для восстанавливаемых— время работы между отказами и время восстановления работоспособности. Для восстановления работоспособности ЭВМ при отказе требуется проведение ремонта или регулировки устройств, а при сбое— повторное решение теста или задач или повторных их загрузок для решения. Отказы по своему характеру делятся на внезапные и постепенные.

Внезапные отказы характеризуются резким скачкообразным измене- вз нием параметра. Устраняют внезапные отказы заменой отказавшего элемента илн его ремонтом. Постепенные отказы возникают в результате изменения параметров элементов до тех пор, пока значение хотя бы одного из них не выйдет за установленные пределы. Устранение постепенного отказа возможно заменой, ремонтом отказавшего элемента или регулировкой соответствующего параметра. Внезапные отказы обусловливанпся скрытыми технологическими, конструкторскими и дру. гимн дефектами, постепенные — старением элементов, воздействием окружающей среды и т.

п. Признаки отказов — непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя явлений, характерных для неработоспособного состояния ЭВМ (изменение показателей системы индикации и т. п.). С точки зрения надежности ЭВМ обладают следующими свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Безотказность — это свойство ЭВМ непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени, Долговечность — свойство ЭВМ сохранять при выполнении техни4 ческого обслуживания и ремонтов работоспособность до наступления1 предельного состояния. Ремонтопригодность — это приспособляемость ЭВМ к предупрежу деиию и обнаружению причин возникновения отказов и их устранениями путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость — это свойство ЭВМ непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования. Количественно свойства, составляющие надежность ЭВМ, характеризуются единичными или комплексными показателями надежности. Единичный показатель надежности относится к одному из свойств надежности, комплексный — к нескольким. Единичные показатели рассчитываются для типовых конструкций и ЭВМ в целом, комплексные— для ЭВМ и систем в целом. Невосстанавливаемые ЭВМ.

Характеризуются следующими показателями надежности: интенсивностью отказов, средней наработкой до первого отказа и вероятностью безотказной работы. Интенсивность отказав Х (1) — это условная плотность вероятности возникновения отказа к моменту времени 1 при условии, что до этого момента отказ не возник (11ч): Х (1) = 1' (1)Й1 — ) !' (1) д(), о где 1" (1) — плотность распределения наработки до отказа. По результатам статистических испытаний интенсивность отказов (1/ч) А (1) = ()н' (!) — 1н' ((+ д!!)И!1!' (!)Л!), (4.2) где й!' (г) и 1н' (1+ бг) — число объектов, работоспособных к моменту времени 1 и (1 + Ы) соответственно; Лг — длительность интервала испытаний.

64 Характер зависимости интенсивностей для внезапных 1 и постепенных 2 отказов от времени представлен на рис.4.!. Для внезапных отказов интервал времени (Π— 1,) является временем приработки. Для этого интервала )! (1) — оаг. Интервал времени (в! — (в), для которого Х (1) = сопз1 и имеет минимальное значение, соответствует нормальному периоду работы аппаратуры. Начиная со времени г„интенсивность отказов растет, что обусловливается старением и износом деталей. Расчет надежности аппаратуры делается для периода нормальной эксплуатации (Г, — Гв), которому соответствует экспоненциальный закон плотности распределения наработки до отказа: ) (Г) .— )е — А! (4.З) '141 Средняя наработка до отказа определяется как математическое ожидание наработки до отказа: о (е р = Х Ге! (Г) йте о а с учетом (4.3) (4А) Рве. 4.1.

Зависимость интенсивности отказов от времени еер (4.5) Вероятность безотказной работы, т. е. вероятность того, что не будет отказа в пределах заданной наработки: 1(1)=1 — ~)(1) де=-~ ~(1) й(; о ! (4.6) для внезапных отказов Р(1) =е-Ае; (4.7) для постепенных отказов при нормальном законе распределения пло- тности вероятностей наработки до отказа 3 А Я. Савельев, В. А. Оввнннвнев Р(1) 1~(у"2 то) г е-(! — !~р)в!(оое>ил1 (4.8) где и' — дисперсия средней наработки до отказа. Для режимов хранения и транспортирования вероятность невозникиовения отказов и среднее время до отказа определяются аналогично с заменой наработки до отказа длительностью хранения до отказа. Восстанавливаемые ЭВМ. Характеризуются следующими показателямии надежности: параметром потока отказов, наработкой на отказ, наработкой на сбой, вероятностью безотказной работы, средним временем восстановления, коэффициентом технического использования и коэффициентом готовности.

Параметр потока отказов ео (1) — плотность вероятности возникновения отказов в данный момент времени, статистически определяемый как ео (1) = — ~ т! (1+ И) — ~ т, (1), (4.9) УЛ,~ в=! в=! % вд. оценил лоньзкталвл надежности эвм икн сложного овьянтд (4.15) Т,= '~Р т!1т, 1=1 (4.12) з где т, (1) н т; (1+И) — число отказов каждого из образцов ЭВМ в момент времени 1 и (1 + Л1) соответственно. После периода приработки ЭВМ характеристика потока отказов становится линейной, а ы — постоянной.

Наработка на отказ Т, — это отношение наработки восстанавливаемой ЭВМ к математическому ожиданию числа ее отказов в течение этой наработки. После окончания периода приработки Т, = 1/ы. (4.10) Статистически наработка на отказ (средняя) Т. = ~ 1!1йг„, (4.1!1 1 где 1! — наработка на г-й отказ 1-й ЭВМ; Н, — число отказов У ЭВМ. Наработка на сбой Т,с — это среднее значение наработки ЭВМ между сбоями. Статистически определяется по (4.1!), в которой ӄ— число сбоев Ф ЭВМ, 1,' — наработка на г-й сбой 1-й ЭВМ. Вероятность безотказной работа Р (1, т) восстанавливаемых ЭВМ определяется как вероятность того,что не будет отказа в интервале времени (1, 1+ т).

Этот показатель надежности используется редко, Среднее время восстановления Т вЂ” это математическое ожидание времени восстановления работоспособности ЭВМ, статистически определяемое как где т; — время, необходимое для обнаружения и устранения 1-го отказа; т — число отказов. Коэффициент технического использования К,.„определяется как математическое ожидание времени работоспособного состояния ЭВМ к сумме математических ожиданий времени неработоспособного состояния, технического обслуживания и ремонтов за некоторый период эксплуатации. На основании статистических данных К,,„= ~н 1Р1(НТ,„„,.), (4.13) 1=1 где 1!' — время пребывания !'-й ЭВМ в работоспособном состоянии; Л! — число наблюдаемых ЭВМ; Т .„„— продолжительность эксплуатации (сумма интервалов времени работы, технического обслуживания и ремонтов).

Коэффициент готовности ʄ— это вероятность того, что ЭВМ окажется в работоспособном состоянии в любой момент времени, кроме периодов, в которые ее использование не планируется. Статистически и К„= ~ 1Р11ИТ..,), (4.14) ! ! где Тр,в — продолжительность работы, состоящая из чередующихся интервалов времени работы и восстановления. Под сложным понимается объект, состоящий из нескольких одновременно функционирующих отдельных объектов, причем отказы каждого приводят к отказу сложного объекта. Отказы отдельных объектов считаются независимыми, т. е.

отказ одного не приводит к отказу других. ЭВМ состоит из ряда устройств (элементов), для которых обычно выполняются указанные допущения. Наработка на отказ ЭВМ (устройств) Т„= ~ (Т!1н ), ! —. ! где У вЂ” число типов элементов в ЭВМ (устройстве); Т; — наработка на отказ элемента !'-го типа; л; — число элементов !'-го типа, отказ которых приводит к отказу ЭВМ (устройства). При экспоненциальном законе распределения наработки на отказ Т! —.— И !. (4.16) Для ЭВМ рассчитывается средняя суммарная интенсивность отказов с учетом использования входящих в нее устройств: хт де Жт и Х! г — соответственно число устройств ЭВМ и их интенсивность отказов; К; -- коэффициент, учитывающий использование устройства !'-го типа в составе ЭВМ.

В соответствии с теоремой умножения вероятностей вероятность безотказной работы л; Р(1,.)=- П Р,"(1,.), (4.18) 1=! л1 где Р! — вероятность безотказной работы в (1, 1+ т) интервале времени и элементов 1-го типа. При экспоненциальном законе распределе- ния Р!! (1, т) =е (4.19) Время восстановления ЭВМ как сложного объекта оценивается по показателям надежности входящих в него устройств: Ф Т,=- ~ (1.„К,.

Т„,!А), «.2О) 1=1 где Т„т — среднее время восстановления 1-го устройства. При условии среднесуточной непрерывной работы ЭВМ в течение года коэффициент технического использования Кв. д '- ((Тввл — Тв.с.ср) (1 — Тв1Тс — Тв.св1Тсв) — Тл)1Твлл~ (4 21) где Т,„„— время работы ЭВМ в течение суток (24 ч); Т,,, р — среднесуточное время технического обслуживания и подготовки ЭВМ к работе; Т, — среднее время восстановления; Т, н Т,б — наработка на отказ и сбой ЭВМ соответственно; Т,,б = 0,1 ° Т, — среднее время потерь при сбое; Т = 0,05 Т,к — среднесуточное время потерь, связанных с ошибками оператора, и т. п.

При экспоненциальном распределении наработки на отказ Т, и времени восстановления Т, коэффициент готовности К„(Т) = — ~1+ со ехр ~ — + — )1, (4.22) где «« =- Т,~Т,. При условии, что период приработки закончился, и при немедлен. ном восстановлении ЭВМ после отказа коэффициент готовности К„= Т,~(Т, + Т,). (4.23) $ АЗ.

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЯ м Л= ~~', Х;по (4.24) Исходными данными для расчета показателей надежности типовых конструкций ЭВМ являются; принципиальная схема с указанием типов деталей, входящих в нее; режимы работы всех деталей (электрические, климатические и механические); значения интенсивности отказов всех типов деталей при номинальных и фактических режимах, значения среднего времени безотказной работы и дисперсия для элементов, подверженных постепенным отказам. Для типовых конструкций различного уровня рассчитываются следующие показатели: интенсивность отказов для типового элемента замены; интенсивность отказов и наработка на отказ для панели (блока); интенсивность отказов, наработка на отказ н среднее время восстановления для рамы и стойки.