Доступность

Термин в области надежности техники

В технике надежности термин «доступность» имеет следующие значения:

• Степень, в которой система , подсистема или оборудование находятся в заданном работоспособном и фиксируемом состоянии в начале миссии, когда миссия запрашивается в неизвестное, т. е. случайное, время.
• Вероятность того, что элемент будет работать удовлетворительно в определенный момент времени при использовании в указанных условиях в идеальной среде поддержки.

Обычно системы с высокой доступностью могут быть указаны как 99,98%, 99,999% или 99,9996%.

Представление

Простейшим представлением доступности ( A ) является отношение ожидаемого значения времени безотказной работы системы к сумме ожидаемых значений времени безотказной работы и простоя (что дает «общее количество времени» C окна наблюдения).

${\displaystyle A={\frac {E[\mathrm {uptime} ]}{E[\mathrm {uptime} ]+E[\mathrm {downtime} ]}}={\frac {E[\mathrm {uptime} ]}{C}}}$

Другое уравнение для доступности ( A ) представляет собой отношение среднего времени до отказа (MTTF) к среднему времени между отказами (MTBF), или

${\displaystyle A={\frac {MTTF}{MTTF+MTTR}}={\frac {MTTF}{MTBF}}}$

Если мы определим функцию статуса как ${\displaystyle X(t)}$

${\displaystyle X(t)={\begin{cases}1,&{\text{sys functions at time }}t\\0,&{\text{maintenance}}\end{cases}}}$

следовательно, доступность A ( t ) в момент времени t  > 0 представлена ​​как

${\displaystyle A(t)=\Pr[X(t)=1]=E[X(t)].\,}$

Средняя доступность должна быть определена на интервале действительной линии. Если мы рассмотрим произвольную константу , то средняя доступность представляется как ${\displaystyle c>0}$

${\displaystyle A_{c}={\frac {1}{c}}\int _{0}^{c}A(t)\,dt.}$

Ограничение (или устойчивое состояние) доступности представлено как ^[1]

${\displaystyle A=\lim _{c\rightarrow \infty }A_{c}.}$

Предельная средняя доступность также определяется на интервале как, ${\displaystyle [0,c]}$

${\displaystyle A_{\infty }=\lim _{c\rightarrow \infty }A_{c}=\lim _{c\rightarrow \infty }{\frac {1}{c}}\int _{0}^{c}A(t)\,dt,\quad c>0.}$

Доступность — это вероятность того, что элемент будет находиться в работоспособном и готовом к выполнению состоянии в начале миссии, когда миссия запрашивается в случайное время, и обычно определяется как время безотказной работы, деленное на общее время (время безотказной работы плюс время простоя).

Последовательные и параллельные компоненты

последовательные и параллельные компоненты

Предположим, что компонент серии состоит из компонентов A, B и C. Тогда применяется следующая формула:

Наличие компонента серии = (наличие компонента A) x (наличие компонента B) x (наличие компонента C) ^{[2] [3]}

Таким образом, общая доступность нескольких компонентов в серии всегда ниже, чем доступность отдельных компонентов.

С другой стороны, для параллельных компонентов применяется следующая формула:

Наличие параллельных компонентов = 1 - (1 - наличие компонента A) X (1 - наличие компонента B) X (1 - наличие компонента C) ^{[2] [3]}

10 хостов, каждый из которых имеет 50% доступности. Но если они используются параллельно и выходят из строя независимо, они могут обеспечить высокую доступность.

Следовательно, если у вас есть N параллельных компонентов, каждый из которых имеет X доступностей, то:

Наличие параллельных компонентов = 1 - (1 - X)^ N ^[3]

Использование параллельных компонентов может экспоненциально увеличить доступность всей системы. ^[2] Например, если каждый из ваших хостов имеет доступность только 50%, используя 10 хостов параллельно, вы можете достичь доступности 99,9023%. ^[3]

Однако следует отметить, что добавление избыточности (т. е. параллельных компонентов) не всегда приводит к повышению доступности. По словам Марка Брукера, для достижения более высокой доступности ваши избыточные компоненты должны соответствовать следующим условиям ^[4] :

• Резервные компоненты должны выходить из строя независимо друг от друга.
• Сложность, возникающая из-за введения избыточности, не должна приводить к увеличению доступности за счет дополнительных затрат.
• Система должна иметь возможность работать в режиме пониженной производительности.
• Система должна надежно определять, какие из избыточных компонентов исправны, а какие — неисправны.
• Система должна иметь возможность вернуться в режим полного резервирования.

Методы и приемы моделирования доступности

Блок-схемы надежности или анализ дерева неисправностей разрабатываются для расчета доступности системы или состояния функционального отказа в системе, включая множество факторов, таких как:

• Модели надежности
• Модели ремонтопригодности
• Концепции технического обслуживания
• Избыточность
• Распространенная причина отказа
• Диагностика
• Уровень ремонта
• Статус ремонта
• Спящие неудачи
• Тестовое покрытие
• Активное время работы / миссии / состояния подсистем
• Логистические аспекты, такие как: уровень запасов (наличие запасов) на разных складах, время транспортировки, время ремонта на разных ремонтных линиях, доступность рабочей силы и многое другое.
• Неопределенность параметров

Кроме того, эти методы позволяют выявлять наиболее критические элементы, а также виды отказов или события, влияющие на доступность.

Определения в системной инженерии

Доступность, присущая (A _i ) ^[5] Вероятность того, что элемент будет работать удовлетворительно в заданный момент времени при использовании в указанных условиях в идеальной среде поддержки. Она не включает время логистики, ожидания или административного простоя, а также простоя на профилактическое обслуживание. Она включает время простоя на корректирующее обслуживание. Присущая доступность обычно выводится из анализа инженерного проекта:

1. Влияние ремонтопригодного элемента (восстановление/реконструкция — это не ремонт, а замена) на готовность системы, в которой он работает, равно среднему времени наработки на отказ MTBF/(MTBF + среднее время ремонта MTTR).
2. Влияние одноразового/неремонтопригодного элемента (который может быть восстановлен/переработан) на доступность системы, в которой он работает, равно среднему времени до отказа (MTTF)/(MTTF + среднее время ремонта MTTR).

Он основан на количествах, контролируемых проектировщиком.

Доступность, достигнутая (Aa) ^[6] Вероятность того, что элемент будет работать удовлетворительно в заданный момент времени при использовании в указанных условиях в идеальной среде поддержки (т. е. персонал, инструменты, запасные части и т. д. будут доступны мгновенно). Она не включает время логистики и ожидания или административного простоя. Она включает время простоя активного профилактического и корректирующего обслуживания.

Доступность, оперативная (Ao) ^[7] Вероятность того, что элемент будет работать удовлетворительно в заданный момент времени при использовании в реальной или реалистичной среде эксплуатации и поддержки. Она включает время логистики, время готовности и время ожидания или административного простоя, а также время простоя профилактического и корректирующего обслуживания. Это значение равно среднему времени между отказами ( MTBF ), деленному на среднее время между отказами плюс среднее время простоя (MDT). Эта мера расширяет определение доступности на элементы, контролируемые логистами и планировщиками миссий, такие как количество и близость запасных частей, инструментов и рабочей силы к элементу оборудования.

Более подробную информацию см. в разделе «Системная инженерия».

Простой пример

Если мы используем оборудование, среднее время наработки на отказ (MTTF) которого составляет 81,5 года, а среднее время ремонта (MTTR) — 1 час:

MTTF в часах = 81,5 × 365 × 24 = 713940 (Это параметр надежности, который часто имеет высокий уровень неопределенности!)

Собственная доступность (Ai) = 713940 / (713940+1) = 713940 / 713941 = 99,999860%

—Ả≥〈〉〈〉〈〉

Собственная недоступность = 1 / 713940 = 0,000140%

Простой оборудования в часах в год = 1/скорость = 1/MTTF = 0,01235 часов в год.

Литература

Доступность хорошо известна в литературе по стохастическому моделированию и оптимальному обслуживанию . Барлоу и Прошан [1975] определяют доступность ремонтопригодной системы как «вероятность того, что система работает в указанное время t». Бланшар [1998] дает качественное определение доступности как «меры степени системы, которая находится в работоспособном и фиксируемом состоянии в начале миссии, когда миссия запрашивается в неизвестный случайный момент времени». Это определение взято из MIL-STD-721. Ли, Хванг и Тиллман [1977] разработали полное обследование вместе с систематической классификацией доступности.

Меры доступности классифицируются либо по интересующему временному интервалу, либо по механизмам простоя системы . Если интересующий временной интервал является основным, мы рассматриваем мгновенную, предельную, среднюю и предельную среднюю доступность. Вышеупомянутые определения разработаны в работах Барлоу и Прошана [1975], Ли, Хванга и Тиллмана [1977] и Накласа [1998]. Вторая основная классификация доступности зависит от различных механизмов простоя, таких как внутренняя доступность, достигнутая доступность и операционная доступность. (Бланчард [1998], Ли, Хванг и Тиллман [1977]). Ми [1998] приводит некоторые сравнительные результаты доступности с учетом внутренней доступности.

Доступность, рассматриваемая в моделировании обслуживания, можно найти в Barlow и Proschan [1975] для моделей замены, Fawzi и Hawkes [1991] для системы R-out-of-N с запасными частями и ремонтом, Fawzi и Hawkes [1990] для последовательной системы с заменой и ремонтом, Iyer [1992] для моделей несовершенного ремонта, Murdock [1995] для моделей профилактического обслуживания с заменой по возрасту, Nachlas [1998, 1989] для моделей профилактического обслуживания и Wang и Pham [1996] для моделей несовершенного обслуживания. Очень полная недавняя книга Trivedi и Bobbio [2017].

Приложения

Фактор готовности широко используется в проектировании электростанций . Например, North American Electric Reliability Corporation внедрила Generating Availability Data System в 1982 году. ^[8]

Смотрите также

• Надежность
• Надежность техники
• Техника безопасности
• Список атрибутов качества системы
• Уровень ложного срабатывания
• Техническое обслуживание по состоянию
• Отчет о неисправностях
• Высокая доступность
• РАМС

Ссылки

1. Эльсаид, Э., Надежность техники , Эддисон Уэсли, Рединг, Массачусетс, 1996
2. Системное обеспечение: процессы приобретения и проектирования для обеспечения функционирования критически важных и устаревших систем . 2022. ISBN 9789811256868.
3. Надежность и доступность техники: моделирование, анализ и приложения . 2017. ISBN 978-1107099500.
4. Понимание распределенных систем . 2022. ISBN 9781838430214.
5. "Inherent Availability (AI)". Глоссарий сокращений и терминов оборонных закупок . Министерство обороны. Архивировано из оригинала 13 апреля 2014 года . Получено 10 апреля 2014 года .
6. "Достигнутая доступность (AI)". Глоссарий сокращений и терминов оборонных закупок . Министерство обороны. Архивировано из оригинала 13 апреля 2014 года . Получено 10 апреля 2014 года .
7. "Оперативная доступность (AI)". Глоссарий сокращений и терминов оборонных закупок . Министерство обороны. Архивировано из оригинала 12 марта 2013 года . Получено 10 апреля 2014 года .
8. "Обязательная отчетность о данных о производительности обычного производства" (PDF) . Система данных о доступности производства . North American Electric Reliability Corporation. Июль 2011 г. С. 7, 17. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 . Получено 13 марта 2014 г. .

Источники

•  В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).
• К. Триведи и А. Боббио, Надежность и доступность техники: моделирование, анализ и приложения , Cambridge University Press, 2017.

Внешние ссылки

• Основы надежности и доступности
• Надежность и доступность системы
• Доступность и различные способы ее расчета
• Как отслеживать и улучшать техническую доступность?