3. Вероятность безотказной работы, её физический смысл, методы вычисления. Пример. Методы увеличения вероятности безотказной работы.

Вероятность безотказной работы является количественной оценкой безотказности не одного, а группы однотипных объектов. Вероятностная оценка предусматривает бесконечный интервал времени наблюдения ИЛИ бесконечное число розыгрышей, поэтому для оценки безотказности технических средств ею воспользоваться нереально.

Практически вероятность безотказной работы P(t) оценивают по частоте событий, то есть числу наступлений отказов для группы наблюдаемых объектов. Пусть N₀— количество наблюдаемых объектов, которые в процессе эксплуатации могут отказывать. Обозначим через n(t) число объектов отказавших к моменту t.

Объект, для которого функция Р(t) отображается кривой 1. наиболее надежен для длительной эксплуатации, а объект, имеющий функцию Р(t) соответствующую кривой 2, наиболее надежен для малых сроков эксплуатации {0-Т}. Кривая 3 характеризует малонадежные изделия. Отсюда можно судить о применимости объекта для разового или длительного (многоразового) использования.

Для количественной оценки P(t) времена наблюдения делят на равные интервалы. В каждом i-ом интервале времени можно фиксировать число наступивших отказов, т.е. в интервале {i-1, i} число наступивших отказов ni. Тогда:

Вероятность безотказной работы характеризует надежность не одного изделия, а группы одинаковых изделий, а для одного изделия - это количественный показатель в среднем.

4. Отказы объектов, их виды и причины. Количественная оценка отказа. Отказы программных средств. Сбои в средствах обработки и передачи данных. Частота отказов.

Отказ - событие, заключающиеся в утрате объекта способности выполнить заданные функции. В зависимости от характера изменения параметров объекта, характеризующих отказ, различают отказы: внезапные, постепенные и сбои. При неконтролируемом, скачкообразном изменении параметров изделия считается, что отказ внезапный. Если параметры изделия можно контролировать во времени, то отказ будет считаться постепенным. В соответствии с интервалом жизни изделия отказы делят на несколько групп по причинам наступления. При правильной эксплуатации изделия, первой причиной их отказов являются ошибки, допущенные при проектировании и определении условий эксплуатации. Вторая группа причин вызвана ошибками при изготовлении изделий вследствие нарушения или несовершенства технологий. Третья причина отказов вследствие естественного старения элементов изделия и необратимых физико-химических процессов в них. Для количественной оценки отказа используются данные наблюдения. Пусть N₀— количество наблюдаемых объектов, которые в процессе эксплуатации могут отказывать. Обозначим через n(t) число объектов отказавших к моменту t.

Вероятности отказа и безотказной работы являются событиями несовместными, противоположными, поэтому:

Q(t) + Р(t) = 1 , отсюда:

Q'(t) = - Р'(t) - плотность вероятности события (отказа).

- частота отказа.

При ∆t -> 0 получаем a(t) = - P’(t). Поэтому вероятности отказа и безотказной работы выражаются через частоту отказа так:

Согласно определению вероятность и частоту отказа можно использовать для оценки лишь

(«восстанавливаемых изделий или работы до первого отказа.

Согласно кривой в работе РЭА можно выделить три характерных интервала времени. В начале эксплуатации [0, t₁] частота отказов большая, резко спадающая во времени. Отказы, в основном, производственные. Интервал [0, t₁] обычно называют временем приработки. Если изготовитель проводит входной контроль покупных изделий и приемные испытания с приработкой, то в процессе эксплуатации время приработки может отсутствовать.

В интервале [t₁, t₂] частота отказов снижается по кривой, близкой к экспоненте. Этот интервал намного больше предыдущего и характеризует нормальную работу объектов. Уменьшение a(t) свидетельствует о том, что с ростом t число отказавших объектов за равные интервалы ∆t убывает. Но это не означает повышение надежности, так как отказы продолжаются при меньшем числе исправных объектов.

В интервале [t₂, t₃] частота отказов резко возрастает, что объясняется механическим, электрическим и химическим старением элементов. По истечении времени t₃ количество исправных объектов небольшое, n(t) также становится небольшим. Поэтому a(t) уменьшается. Время t₃ означает переход объекта в предельное состояние. Наработка объекта от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние определяет его технический ресурс.

Сбои.

Существуют еще такие воздействия, которые не вызывают необратимые физические изменения и проявляются кратковременно. При этом работоспособность нарушается лишь временно. Такие временные и самоустраняющиеся отказы называются сбоями. Они наиболее характерны для систем передачи и обработки информации и могут возникать на 2 порядка чаще устойчивых отказов. Искажение результатов выполнения предусмотренного алгоритма, вызванное сбоем, получило название сбойной ошибки. Например, сбои в кодовых комбинациях чисел в ЭВМ, не обнаруживаемые средствами контроля.

В результате может быть искажен, например, модуль мантиссы числа и его знак. В этом случае процесс обработки информации в ЭВМ не прекращается, однако точность вычисления снижается. В случае обнаружения сбоя процедуру обработки или передачи информации необходимо повторить, что приводит к задержке в выдаче обработанной информации. Сбоем в АС считается и тот случай, когда неверен, неполон по количеству сведений или несвоевременно получен какой-либо один результат вычисления, а последующие результаты правильные и получены в срок. Сбои аппаратных средств могут возникать при действии атмосферных помех, нестабильности источника питания, при работе вблизи сильноточных источников: сварочных аппаратов, тиристорных преобразователей и т.п. Вероятность сбоя возрастает, если элементы быстро стареют, если схемное и конструктивное решения неудачные. Сбои – наиболее неблагоприятные явления, т.к. место их проявления обнаружить трудно. Обычно они предшествуют возникновению отказа.

Отказ средств передачи данных означает невозможность передавать требуемый объем информации за определенное время. Он может возникнуть в результате отказа технических средств или в результате действия помех.

В процессе передачи данных внешние помехи могут исказить либо подавить полезный сигнал. Количественной мерой оценки действия помех в канале связи является вероятность искажения бита данных q. Величина q зависит от типа канала связи, а также от времени передачи данных. Так, в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) вероятность искажения бита в телефонном канале общего пользования составляет 2*10^-3. Это обстоятельство потребовало создания специальных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обнаружение, а также исправление ошибок в переданном сообщении.