Download
1 / 45
460 likes | 718 Views
Patikimumo projektavimas. Patikimumo apibrėžimas. Patikimumas - tai tikimybė, kad sistema ar produktas atliks jam skirtą uždavinį reikalavimus tenkinančiu būdu.
E N D
Patikimumo apibrėžimas • Patikimumas - tai tikimybė, kad sistema ar produktas atliks jam skirtą uždavinį reikalavimus tenkinančiu būdu. • Patikimumas - tai tikimybė, kad sistema ar produktas teisingai atliks jam užduotus veiksmus, reikalavimus tenkinančiu būdu, veikdama tam tikrą užduotą laiko periodą, jeigu veiks pagal griežtai apibrėžtas veikimo sąlygas.
Patikimumo elementai • Tikimybė.Paprastai nustatoma kiekybiniais terminais, pateikiamais trupmenomis arba procentais, apibrėžiančiais kiek kartų galima tikėtis, kad įvyks tam tikras įvykis visų atliekamų bandymų metu. • Pakankamas efektyvumas. Tai kriterijus, kuris apibrėžia ką ir kaip sistema turi daryti, kad tenkintų vartotojo poreikius. • Laikas. Šį laiką galima apibrėžti, kaip elemento gyvavimo (be klaidų) apibrėžtame laiko intervale tikimybę. • Vidutinis laikas tarp sutrikimų (MTBF); • Vidutinis laikas iki sutrikimų (MTTF). • Nustatytos darbo sąlygos. Aplinkos faktoriai, darbo profilis, potenciali temperatūros, drėgnumo, smūgių įtaka.
Sistemos komponentų parinkimas ir pritaikymas Sistemos patikimumas tiesiogiai priklauso nuo sistemos komponentų dalių patikimumoir šių dalių parinkimas turi tenkinti tam tikrus jų pritaikymo reikalavimus. Tam, kad pasiekti aukšto lygio patikimumą sistemoje, reikia parinkti ir pritaikyti tuos komponentus ir medžiagas, kurių patikimumai yra žinomi ir gali atitikti sistemos reikalavimus: • Standartizuotų komponentų ir medžiagų parinkimas; • Visų komponentų ir medžiagų savybių įvertinimas prieš patvirtinant projektą. Tai apima komponentų darbo savybių, tolerancijos (nukrypimo nuo normos), apkrovimo ir kitų charakteristikų įvertinimą; • Naudojimas tik tokių komponentų, kurių savybės tinkamos siekiant užsibrėžto tikslo ir pakeitimas tų dalių, kurios tenkina sistemai apibrėžtus reikalavimus, tačiau kurių kokybė gali sumažėti gamybos metu.
Patikimumo matavimo vienetai • Pagrindiniai patikimumo kiekybiniai matavimo vienetai: • Patikimumo funkcija.Apibrėžiama, kaip tikimybė, kad sistema ar produktas sėkmingai funkcionuos mažiausiai tam tikrą apibrėžtą laiką t. Patikimumo funkcija apibrėžiama: R(t)=1 - F(t). • Sutrikimų pasiskirstymo funkcija (F(t)). Tai tikimybė, kad sistemos darbas sutriks per laiką t. Jeigu atsitiktinio kintamojo t pasiskirstymo funkcija f(t), tuomet patikimumo funkcija randama:
Patikimumo matavimo vienetai • Sutrikimų dažnis. Dažnis, kurio metu sutrikimas įvyksta, apibrėžtame laiko intervale, vadinamas sutrikimų dažniu tame intervale. • Vidutinis laikas tarp sutrikimų.
Sistemos sutrikimų dažnį nulemiantys veiksniai Veiksniai įtakojantys visos sistemos sutrikimų dažnį: Apibrėžiant sutrikimus teorinio patikimumo atžvilgiu, neužtenka apibrėžti tik pirminius ir antrinius sutrikimus, tariant kad kiti veiksniai yra nesvarbūs, nes tai gali privesti prie neteisingos MTBF (vidutinis laikas tarp sutrikimų) prognozės. Taigi visi lentelėje pateikti veiksniai gali turėti įtakos visos sistemos patikimumui ir sutrikimų dažniui, ir jie turi būti įvertinti.
Sutrikimų dažnis Mažėjantis (testavimo-derinimo fazė) Didėjantis (sistemos susidėvėjimo fazė) Pastovus (sistemos veikimo fazė) Sutrikimų dažnis t Bathtub kreivė – sutrikimų dažnio priklausomybė nuo laiko • Kas atsitiks jei sistema bus pristatyta klientui per “testavimo – derinimo fazę”? • Ką daryti, kad išplėsti lygios kreivės dalį?
Sutrikimų dažnis su palaikymu (programinė įranga) Derinimo fazė Sistemos darbo fazė (su palaikymu) Sutrikimų dažnis Tikslas Dantytos kreivės dalies galimos atsiradimo priežastys: programinės įrangos palaikymo veiksmai turi neigiamą įtaką visos sistemos patikimumui, sistemos pakeitimai.
Naudingumas • Naudingumas, gali būti apibrėžiamas trim būdais: • Būdingas naudingumas. Tai tikimybė, kad sistema arba produktas, naudojami apibrėžtose darbo sąlygose ir idealioje palaikymo aplinkoje (lengvai pasiekiamos įvairios palaikymo priemonės, atsarginės dalys, personalas ir t.t) veiks be sutrikimų, pagal reikalavimus, kiekvienu laiko momentu. Nėra įtraukiami profilaktiniai arba planuoti palaikymo veiksmai, mechanizmo vėlinimo laikas. Išreiškiamas: , čia - vidutinis remonto laikas. • Įgyjamas naudingumas. Yra įtraukiami profilaktiniai arba palaikymo veiksmai. Išreiškiamas: čia MTBM – vidutinis laikas tarp palaikymų, - vidutinis aktyvių palaikymų laikas.
Naudingumas • Operacinis naudingumas. Tikimybė, kad sistema arba produktas, naudojant juos nustatytomis sąlygomis, tam tikroje aplinkoje, veiks patikimai juos naudojant. Išreiškiamas: čia MTBM – vidutinis laikas tarp palaikymų, MDT – vidutinis palaikymų trumpėjimo laikas. MDT apima aktyvų palaikymo laiką, techninius vėlinimo laikus ir valdymo vėlinimo laiką.
Efektyvumas • Sistemos efektyvumas (SE). Tikimybė, kad sistema tenkina visus apibrėžtus jai reikalavimus, apibrėžtą laiko tarpą, kai dirba tam tikromis apibrėžtomis darbo sąlygomis. SE atspindi įvairias sistemos technines charakteristikas – eksploataciją, naudingumą, patikimumą, palaikomumą ir t.t. ir išreiškiama skirtingai priklausomai sistemos pritaikymo. • Kainos efektyvumas (CE). Tai matavimo vienetas susijęs su sistemos misijos įgyvendinimu (SE) ir pilno gyvavimo ciklo kaina ir gali būti išreiškiamas skirtingai priklausomai nuo sistemos misijos ir parametrų, kuriuos norime įvertinti.
Patikimumo reikalavimai Patikimumo reikalavimai, įvertinant tiek kokybinius tiek kiekybinius terminus, apibrėžiami sistemos naudojimo ir palaikymo kontekste apima: • Sistemos eksploatacijos veiksnių apibrėžimą, tikslo profilį ir sistemos reikalavimus (naudojimo sąlygas, darbo rėžimų ciklus, sistemos veikimo reikalavimus). • Operacinio gyvavimo ciklo apibrėžimus (numatytą laiko tarpą, kai sistema bus inventorizuojama ir naudojama). • Aplinkos, kurioje sistema dirbs ir bus palaikoma apibrėžimas (temperatūra, drėgmė, vibracija ir t.t.). Tai turi apimti transportavimo, valdymo, palaikymo ir saugojimo rėžimus. Taigi pagrindinis klausimas šiame kontekste - kokį patikimumą turi turėti sistema, kad atliktų apibrėžtą misiją, apibrėžtame gyvavimo cikle ir kokioje apibrėžtoje aplinkoje ji turi veikti.
Nuoseklūs tinklai Sistemos, sudaryta iš nuosekliai sujungtų posistemių patikimumoradimas. Tokios sistemos patikimumas yra kiekvienos posistemės patikimumo rezultatas:
Nuoseklūs tinklai Nuoseklios sistemos, kurios turi teisingai veikti apibrėžtą laiko tarpą. Šių sistemų patikimumas randamas: čia , - sutrikimų dažnis. Vidutinis laikas tarp sutrikimų (MTBF) randamas:
Nuoseklūs tinklai • Nagrinėjama sistema: Posistemių vidutinis laikas tarp sutrikimų (MTBF): Sistemos veikimo laikas: Posistemių sutrikimų dažnis: Sistemos patikimumas:
Lygiagretūs tinklai • Lygiagretus tinklas – tai toks tinklas, kuriame keletas komponentų yra sujungti lygiagrečiai, ir jie visi turi sugesti, kad sukeltų visišką sistemos sugedimą. • Patikimumas: • jei tinklas susideda iš 2 skirtingų komponentų: • jei tinklą sudaro 3 skirtingi komponentai: • Jei tinklą sudaro n vienodų komponentų:
Lygiagretūs tinklai Sistemos, sudarytos iš lygiagrečiai sujungtų posistemių patikimumo radimas. Sistemos patikimumas, kai komponentai skirtingi: Sistemos patikimumas, kai komponentai vienodi ir jų patikimumas 0,85:
Komponentų dubliavimas Tam tikromis sistemos kūrimo sąlygomis, gali būti reikalinga aptarti ir panaudoti dubliavimą, tam kad padidinti sistemos patikimumą, numatant du arba daugiau sistemos funkcionavimo kelių (veikimo kanalų) aplinkose, kurios yra kritinės sėkmingam sistemos veikimo tikslo įgyvendinimui. Tačiau dubliavimo panaudojimas neišspręs visų problemų per sekundę, kadangi paprastai dubliavimo panaudojimas padidina svorį ir erdvę, jėgos panaudojimą, sudėtingumą ir kainą. Tačiau kartais dubliavimo panaudojimas gali būti vienintelis sprendimo būdas padidinti patikimumą tam tikrose specifinėse situacijose.
Komponentų dubliavimas Dubliavimas gali būti pritaikomas kelėtoje skirtingų lygių. Blokas G yra dubliuojamasis kitiems blokams yra kitame lygyje negu blokas C, kuris yra dubliuojamasis blokui D. Galima išskirti tokius teisingo funkcionavimo kelius: A, B, C, E; A, B, C, F; A, B, D, E; A, B, D, F; G.
Komponentų dubliavimas • Sistema sudaryta iš dviejų identiškų lygiagrečiai sujungtų posistemių, kurių patikimumas 0,95. Tokios sistemos patikimumas: • Tarkime, reikalaujamas sistemos patikimumas turi viršyti 0,9975. Tam, kad gauti didesnį patikimumą reikia keisti sistemos konfigūraciją pridedant trečią dubliuojantį (atsarginį) komponentą. Tokios sistemos patikimumas:
Komponentų atsarginis dubliavimas • Atsarginis dubliavimas – kai posistemė, kuri yra dubliuojama veikia visą laiką ir tik jai sugedus, pradeda veikti posistemė, kuri ją dubliuoja. Tikimybė, kad nebus klaidų: Tikimybė, kad įvyks 1 klaida: Tikimybė, kad nebus klaidų arba bus 1 klaida, turint 1 atsarginę posistemę: Tikimybė, turint 2 atsargines posistemes:
Komponentų atsarginis dubliavimas • Sistema sudaryta iš vieno veikiančio įrenginio A ir vieno identiško atsarginio įrenginio B. Sistema veikia 200 val. Kiekvienai posistemei sutrikimų dažnis 0,003 sutrikimų/val. Sutrikimų sensoriaus S patikimumas 100%. Tokios sistemos patikimumas: Nagrinėjamos sistemos patikimumas 88%.
Komponentų dubliavimas • Komponentų dubliavimo rūšys: atsarginis arba “rezervinis” dubliavimas, operacinis arba “aktyvusis” dubliavimas. • Reikia nustatyti sistemos patikimumą tokiai konfigūracijai (veikiant sistemai 200 val., perjungėjo patikimumas 100%, sutrikimų dažnis 0.002): • Atsarginio dubliavimo atveju patikimumas: • Operacinio dubliavimo atveju patikimumas: Komponentų dubliavimo trūkumas: nors komponentų dubliavimas per sekundę padidina sistemos patikimumą, tačiau atsarginių komponentų prijungimas sistemos kūrime reikalauja papildomos erdės ir sistemos kūrimo kaina yra didesnė.
Nuoseklūs - lygiagretūs tinklai Įvairūs patikimumo lygiai gali būti pasiekti, naudojant tuos pačius komponentus, skirtinguose kombinuotose nuosekliuose – lygiagrečiuose tinkluose.
Patikimumo prognozavimas • Kai inžineriniai duomenys tampa prieinami, patikimumo prognozavimas yra atliekamas sistemos projektavimo metu kuomet renkami duomenys tenkina sistemos reikalavimus. • Taigi prognozuojami duomenys tokie kaip MTBM ir MTBF yra palyginami su reikalavimais ir nesutapimų sritys yra taisomos, tam kad padidinti sistemos patikimumą. • Prognozavimo būdai: • prognozė pagrįsta panašios įrangos analize; • prognozavimas remiantis aktyvių elementų grupių (AEG) įvertinumu; • prognozavimas atliekamas remiantis įrenginių elementų skaičiumi; • prognozė pagrįsta sukrėtimų analize.
Patikimumo prognozavimas Duomenys įrengimams: Prognozuojamas vidutinis laikas tarp sutrikimų (MTBF). Prognozė atliekama remiantis sistemos komponentų dalių skaičiavimais. 1. Randamas bendras komponento sutrikimų dažnis, remiantis kiekvienos komponento dalies sutrikimų dažniais: 2. Skaičiuojamas MTBF:
Tinklų konfigūravimo įtaka patikimumui • Tarkime, kad turime tokius reikalavimus naujai sistemai: tam tikras specifikuotas veikimas ir patikimumas turi būti 70%. Komponentųpatikimumo lentelė:
Tinklų konfigūravimo įtaka patikimumui • Pirma konfigūracija:
Tinklų konfigūravimo įtaka patikimumui • Antra konfigūracija:
Tinklų konfigūravimo įtaka patikimumui • Trečia konfigūracija:
Tiklų konfigūravimo įtaka patikimumui Tyrimo rezultatai: • Bendra kaina kiekvienos konfigūracijos: • pirmos konfigūracijos – 57000$; • antros konfigūracijos – 39000$; • trečios konfigūracijos - 42000$. • Bendras sistemos patikimumas: • pirmos konfigūracijos - 73%; • antros konfigūracijos - 72%; • trečios konfigūracijos - 68%.
Komponentų dalių apkrovimo mažinimas Sistemos komponentų darbo apkrovimo mažinimu, vadinama komponentų dalių panaudojimo technologija, kai dalys naudojamos stresinėmis sąlygomis, tačiau mažesnėmis nei jas galima naudoti reikšmėmis, tam kad pasiekti patikimumo ribą kūrime. Apkrovimo mažinimas yra dalių taikymas kūrimo veiksmuose, mažesnėmis nei norma reikšmėmis, tam kad padidinti sistemos patikimumą. Pavyzdžiui, turime 200V kondensatorių, kai jo dalys veikia pilnu pajėgumu ir turi funkcionuoti patenkinamai. Tačiau jei kondensatorius bus panaudotas 100V taikymams, jis turėtų veikti ilgiau.
Patikimumo analizės metodai Patikimumo analizės metodai: • Sutrikimų režimo, efekto ir kritiškumo analizė (FMECA). FMECA – tai kūrimo metodas skirtas nustatyti ir ištirti potencialias sistemos silpnąsias vietas; • “Sutrikimų medžio” analizė (FTA). Tai išvadų darymo (deductive) metodas apimantis: skirtingų kelių, kuriuose tam tikra klaida gali įvykti, grafinį išvardijimą ir analizę; klaidos pasirodymo tikimybės apskaičiavimą; • Kritinio naudingumo darbo analizė. Kritinio-naudingo-darbo elementai, dėl savo trumpo gyvavimo, negali tenkinti funkcionavimo reikalavimų, nebent koreguojantys ir palaikymo veiksmai yra atliekami. Šie elementai yra identifikuojami FMECA analizės metu, turi būti eliminuojami, jeigu yra įmanoma.
Patikimumo analizės metodai • Apkrovimo – atsparumo (sukrėtimų stiprumo) analizė. Ši analizė yra atliekama, kad įvertinti situacijos identifikavimo tikimybę, kurios metu apkrovimo reikšmės yra daug didesnės (arba mažesnės), negu nominali reikšmė; • Patikimumo prognozavimas: remiantis panašia įranga; aktyvių elementų grupėmis; įrangos elementų skaičiumi, sukrėtimų analize; • Patikimumo augimo modeliavimas. Naujos sistemos patikimumas mažesnis negu reikalaujama. Todėl reikia sudaryti patikimumo augimo planą remiantis praeities patirtimi. Naudojantis įvairius patikimumo analizės metodus (FTA, FMECA) , identifikuojamos probleminės sritys, priežastys-poveikiai, ir pakeitimai gali būti atliekami, kad padidinti patikimumą. Šis metodas gali būti įgyvendintas, kaip dalis viso besitęsiančio produkto/proceso gerinimo pastangos.
Sutrikimo rėžimo, efekto ir kritiškumo analizė (FMECA) FMECA – tai kūrimo metodas skirtas nustatyti ir ištirti potencialias sistemos silpnąsias vietas. Šis metodas naudojamas norint ištirti: • visus galimus sistemos funkcionavimo kelius, kuriuose gali įvykti klaida; • galimus sutrikimų poveikius sistemos veikimui ir saugumui; • šių poveikių rimtumą. FMECA gali būti naudojamas nuo pat pradžių, t.y. konceptualaus ir preliminaraus kūrimo fazėse ir gali būti paskui pritaikytas detalaus projektavimo ir vystymosi fazėje.
Sutrikimo rėžimo, efekto ir kritiškumo analizės (FMECA) procesas
“Sutrikimų medžio” analizė (FTA) FTA – tai išvadų darymo (deductive) metodas apimantis: • skirtingų kelių, kuriuose tam tikra klaida gali įvykti, grafinį išvardijimą ir analizę; • klaidos pasirodymo tikimybės apskaičiavimą. Šis metodas gali būti pritaikytas ankstyvojoje kūrimo fazėje ir yra orientuotas į specifinius sutrikimų rėžimus, vystomas naudojant top-down sutrikimų medžio struktūrą. Atskiras sutrikimų medis yra sudaromas kiekvienam kritinių sutrikimų rėžimui. FTA pagrindiniai žingsniai: • viršutinio lygio įvykių identifikavimas; • sudaroma priežastinė hierarchija sutrikimų medžio formoje; • apibrėžti viršutinio lygio patikimumą, apibrėžiant visų susijusių įėjimų įvykių patikimumą.
FMECA ir FTA palyginimas Taigi FTA gali būti efektyviai panaudotas jau ankstyvojoje kūrimo fazėje, kai potencialios (galimos) problemos sistemos veikime yra įtariamos. Šis metodas yra ribotas ir daug lengvesnis įgyvendinant negu FTECA, ir reikalauja mažiau įėjimo duomenų įgyvendinimui. Didelėms ir sudėtingoms sistemoms, kurios turi daug interfeisų ir kurių valdyme naudojama skirtinga programinė įrangą, FTA panaudojimas gali būti pasirinktas. Tačiau FMECA pateikia daug daugiau informacijos kūrimo įvertinimui, pateikia “priežasčių-poveikių” santykius, tačiau didesnę kainą.
Patikimumo augimo modeliavimas Tarkime, kad reikalavimai naujos sistemos kūrimui yra 500 val. MTBF. Tačiau paskutinio peržiūrėjimo atveju MTBF buvo tik 400 val. Kokius reikia atlikti žingsnius, kad pagerinti sistemos patikimumą, kokias technologijas galima pasirinkti? Turi būti atlikti tokie žingsniai: • patikimumo matavimų nustatymas; • atliekamas potencialių probleminių sričių identifikavimas; • atliekami pakeitimai; • atliekamas testavimas ir pakeitimų įvertinimas. Šiems tikslams įgyvendinti galima pasirinkti tokius patikimumo analizės metodus: FMECA, FTA, patikimumo prognozavimą.
Patikimumo testavimas ir įvertinimas Testavimą sudaro: planavimo fazė; testų parengimo fazė; faktinis testavimas ir įvertinimas; duomenų rinkimo ir analizės fazė; testavimo ataskaita. Patikimumo testavimo tikslas – yra apibrėžti ar sistema (arba produktas) testavimo metu atitinka specifikuotus MTBF reikalavimus. Sistemos priėmimo kriterijai: testo dydis, vartotojo-gamintojo sprendimo rizikos faktoriai, testavimo duomenų tikslumo ribos ir t.t. Patikimumo testavimo ir įvertinimo metodai: • Patikimumo nuoseklus testavimas; • Patikimumo priėmimo testavimas; • Patikimumo tarnavimo laiko testavimas (testavimas pagrįstas fiksuotu laiku ir tam tikru nustatytu klaidų skaičiumi); • Operacinio patikimumo įvertinimas.
Patikimumo nuoseklus testavimas Atliekant sistemos nuoseklų testavimą yra galimi trys pasirinkimai: priimti sistemą, atmesti sistemą, tęsti sistemos testavimą. Pasirenkant nuoseklų testavimo planą reikia identifikuoti: • MTBF atstovaujantį sistemos reikalavimus • Minimalus MTBF, priėmimas Pagrindinis trūkumas: nuoseklus testavimas yra įtakojamas: • Gamintojo sprendimo priėmimo rizikos . Tai sistemos atmetimo tikimybė, kai iš tikrųjų sistema turėjo būti priimta (t.y. kai MTBF yra lygi arba geresnė nei specifikuotas). • Vartotojo sprendimo priėmimo rizikos . Sistemos priėmimo tikimybė, kai sistema turėjo būti atmesta (t.y. kai išmatuotas MTBF yra mažesnis negu specifikuotas).
Atmetimo sritis Tolesnio testavimo sritis Laiko limitas Atmetimolinija Sutrikimų skaičius Priėmimo linija Priėmimo sritis Testavimo laikas (val.) Patikimumo nuoseklus testavimas Priėmimo linija: Atmetimo linija: , čia r – sutrikimų skaičius.
