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 только 50% доступности, используя 10 хостов параллельно, вы можете достичь 99,9023% доступности. ^[3]

Обратите внимание, что избыточность не всегда приводит к более высокой доступности. Фактически, избыточность увеличивает сложность, что в свою очередь снижает доступность. По словам Марка Брукера, чтобы воспользоваться преимуществами избыточности, убедитесь, что: ^[4]

1. Вы достигаете положительного улучшения общей доступности вашей системы.
2. Ваши избыточные компоненты выходят из строя независимо друг от друга
3. Ваша система может надежно обнаруживать исправные избыточные компоненты
4. Ваша система может надежно масштабироваться и добавлять избыточные компоненты.

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 доступности 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. Sandborn, Peter; Lucyshyn, William (2022). Системная поддержка: процессы приобретения и проектирования для поддержки критически важных и устаревших систем . World Scientific. ISBN 9789811256868.
3. Триведи, Кишор С.; Боббио, Андреа (2017). Надежность и доступность техники: моделирование, анализ и приложения . Cambridge University Press. ISBN 978-1107099500.
4. Витильо, Роберто (23 февраля 2022 г.). Understanding Distributed Systems, Second Edition: What every developer should know about large distributed applications . Роберто Витильо. ISBN 978-1838430214.
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?