Лекция 7-8

3. Надежность и её параметры

 

Подавляющее большинство операций, подлежащих количественному исследованию в современном обществе, выполняется с применением тех или других технических устройств. Оценка эффективности таких операций и выработка рациональных решений по их организации требуют учета надежности применяемых технических устройств. Повторим некоторые понятия.

Под надежностью в широком смысле слова понимается способность технического устройства к бесперебойной (безотказной) работе в течение заданного промежутка времени в определенных усло­виях. Этот промежуток времени обычно обусловлен временем выполнения некоторой задачи, которая осуществляется техническим устройством и является частью общей задачи операции.

В настоящее время, в связи с всё возрастающей сложностью технических устройств и широким вне­дрением автоматизации во все области практики, всё большим распространением компьютерных систем и усложнением взаимосвязей между различными областями производства и жизни общества, проблема надежности всё больше становится одной из узловых проблем техники и организации управления. Обеспечение надежной работы всех элементов оборудования — задача первостепенной важности.

Как бы мы ни стремились к сохранению условий постоянства в процессе производства, однородности исходных материалов и неизменности технологии изготовления, неизбежные колебания всех этих компонент приводят к существенному разбросу свойств готовых изделий. Если мы изготовили в определённых условиях из одной и той же партии сырья большое количество определённого типа изделий и затем собрали статистические данные о длительности их бесперебойной работы, то выясняется весьма специфическая картина: длительность безотказной работы изделия имеет значительный разброс и в отношении каждого определённого изделия нет возможности точно предсказать длительность его службы. В то же время относительно больших партий этих изделий можно делать достаточно определённые предсказания о доле их, способной проработать то или иное время, о причинах поломок изделий и пр. В результате мы оказываемся в типичной обстановке, с которой имеет дело математическая статистика.

Борьба за надежность требует специального рассмотрения и количественного анализа явлений, свя­занных со случайными сбоями в работе различных систем и отказами аппаратуры. Поэтому теория надежности - это специальная наука, широко применяющая вероятностные методы исследования.

Исторически в теории надёжности сложилась техническая терминология, которой мы и будем, в ос­новном, придерживаться.

В теории надежности принято различать два типа отказов: внезапные и постепенные.

Под внезапным отказом устройства подразумевается мгновенный выход из строя, означающий не­возможность его применения. Внезапный отказ возникает в какой-то, вообще говоря, случайный мо­мент времени. Примерами случайных отказов могут служить: перегорание электро- или радиолампы, обрыв проводника, пробой конденсатора и т.п.

Под постепенным подразумевается отказ устройства, связанный с постепенным ухудшением ("спол­занием") его характеристик. Для устранения таких отказов требуется регулировка прибора.

Постепенные отказы можно рассматривать как внезапные или условиться считать, что такие откло­нение параметров устройства от номинала являются еще допустимыми. А большие — недопустимыми; как только параметры выходят за эти пределы, устройство считается отказавшим. Однако значение та­ких пределов в ряде случаев затруднительно. Правильнее будет рассматривать параметры устройства как случайные функции времени, связать с ними какой-то показатель эффективности устройства (на­пример, вероятность решения задачи или математическое ожидание производительности) и этот показа­тель вычислять с учетом "сползания" характеристик. Такой подход требует внимательного изучения структуры и работы конкретного технического устройства и применение сравнительно сложного мате­матического аппарата. Мы будем рассматривать только внезапные отказы.

Надежность технического устройства или, как мы будем говорить, системы зависит от состава и ко­личества образующих систему элементов (узлов), от способа их объединения в систему и от характери­стик каждого отдельного элемента.

Деление технических устройств на "системы" и образующие их "элементы" носит условный характер и зависит от постановки задачи и целей исследования. Одно и то же устройство, например системный блок компьютера, может рассматриваться как "система", состоящая из элементов: процессора, систем­ных плат, вентиляторов и т.д., - и как "элемент" более сложной системы — компьютера. В свою оче­редь, компьютер может являться "элементом" локальной сети.

В дальнейшем будем называть "элементом" любое техническое устройство, не подлежащее дальней­шему расчленению, надёжность которого является заданной или определяется экспериментально. Со­единяя такие элементы различным образом в "системы", мы будем решать задачу определения надёж­ности системы по надёжностям ее элементов.