4.Методи забезпечення надійності невідновлюваних об’єктів.

Методи забезпечення надійності

З точки зору забезпечення надійності будь-якого обладнання (не обов’язково електронного) принциповою є можливість (чи неможливість) відновлення працездатності об’єкту в разі його відмови. Тому в теорії надійності всі об’єкти поділяють на два великих класи: відновлювані об’єкти (восстанавливаемые, ремонтируемые – рос.) і невідновлювані (невосстанавливаемые, неремонтируемые – рос.). Чому ця ознака є принциповою? Виходячи з того, що уникнути відмов компонентів при тривалій експлуатації неможливо, підхід до забезпечення надійності відновлюваних і невідновлюваних об’єктів зовсім різний. Для перших очевидний шлях полягає в організації ефективного ремонту обладнання з мінімальними затратами часу, для інших – у нейтралізації несправностей окремих компонентів у разі їх виникнення.

Для відновлюваних об’єктів за існуючими стандартами основним показником надійності прийнято вважати коефіцієнт готовності – це коефіцієнт, що визначає частину корисного часу , протягом якого об’єкт нормально працює, по відношенню до загального часу експлуатації, тобто

(1.10)

де – час, який витрачено на відновлення працездатності. Цей час містить, в свою чергу, принаймні дві складові: - час, що витрачається на пошук несправності; - час власне відновлення (ремонту). Характерною особливістю сучасного електронного обладнання є його модульна побудова, тому відновлення найчастіше може бути здійснено простою заміною несправного модуля (блоку) справним. Ця процедура не вимагає великих затрат часу. Пошук же несправності здебільшого є трудомісткою процедурою, яка може тривати досить довго. Тому на коефіцієнт готовності у найбільшій мірі впливає саме цей час, як головний чинник втрат часу при відновленні працездатності. І тому основними методами забезпечення надійності відновлюваної електронної апаратури слід вважати:

• –створення максимально сприятливих умов для прискорення ремонту – конструкція приладу повинна бути ремонтопридатною. Це означає, що має бути забезпечено зручний доступ для заміни несправних компонентів, з’єднання між типовими елементами заміни (ТЕЗ) бажано передбачити на основі роз’ємів і т. і.;

• –застосування методів автоматизації пошуку несправностей на основі апаратного і (або) програмного самоконтролю функціювання апаратури, тестового діагностування та використання спеціальних автоматизованих систем контролю та діагностики.

Тепер про невідновлювані об’єкти. Передусім з'ясуємо, чому такі об’єкти не підлягають відновленню (ремонту). Це може бути зумовлено конструктивними особливостями або умовами експлуатації. Навряд чи прийде кому в голову ремонтувати інтегральну мікросхему або кінескопи – це приклади невідновлюваних об’єктів за конструктивною ознакою. Об’єкти, що працюють у важко доступних середовищах (бортова і космічна апаратура, морські буї, глибоководне та підземне обладнання, тощо), у більшості випадків не можуть бути відремонтовані і відновлені при розумних затратах на проведення таких операцій. Для них стратегія забезпечення надійності зовсім інша.

Як вже зазначалось, у класичній теорії надійності всі технічні об’єкти традиційно поділяються на два класи: відновлювані і невідновлювані. Однак, строго кажучи, електронні пристрої та комп’ютерні системи, які використовуються для управління реальними об’єктами (а саме в цих застосуваннях виникає проблема надійності), не можуть бути віднесені однозначно до жодного із зазначених класів. Справа в тому, що такі системи здебільшого є відновлюваними, але, з іншого боку – максимальний час їх відновлення обмежений технологічними вимогами з боку об’єкту управління. Якщо, наприклад, таким об’єктом є літак, то, по-перше, весь період відновлення система управління польотом повинна безумовно залишатися працездатною і, по-друге, час відновлення має бути максимально коротким з точки зору безпеки у разі виникнення несправностей інших компонентів системи управління польотом. З цього витікає, що арсенал методів, які використовуються для забезпечення надійності, повинен включати у свій склад як методи, застосовувані для невідновлюваних систем (структурну надлишковість), так і методи, що прискорюють пошук несправностей.

Метою введення структурної надлищковості є збереження можливості системою виконувати задані функції при наявності помилок через несправності самої системи. Помилки при цьому виявляються і усуваються, а постійні несправності ліквідуються у процесі технічного обслуговування апаратури. Це досягається завдяки застосуванню спеціальних алгоритмів виявлення помилок, методів технічної діагностики, алгоритмів відновлення працездатності за рахунок резервних ресурсів. Усі перераховані складові є невід’ємними частинами стійкої до відмов системи і можуть бути реалізовані апаратним, програмним чи змішаним апаратно-програмним способом.

Принциповою особливістю таких систем є багаторазові обчислення. Вони реалізуються шляхом -кратного повторення обчислювального процесу в трьох розрізах: часовому (повторний рахунок), просторовому (на інших апаратних засобах) та інформаційному (з використанням інших програм і даних). У випадку багатоканальної архітектури обчислення проводяться рівноцінним виконанням екземплярів однієї і тієї ж програми в апаратних каналах. Прикладом може служити система керування космічним кораблем багаторазового використання “Шатл” НАСА, де =4, або система DEDIX Каліфорнійського університету з числом каналів від 2 до 20. Перелік аналогічних прикладів можна продовжувати досить довго.

Для захисту інформації від помилок при її збереженні в корпоративних та банківських мережах сьогодні досить широко застосовуються інтелектуальні системи з архітектурою RAID (redundant array of inexpensive disks – матриця недорогих дисків із надлишковістю), що не тільки зберігають дані, але і захищають їх від збоїв та надають важливу інформацію про технічний стан твердих дисків.

RAID-система складається з керуючої програми або контролера і групи твердих дисків, що працюють спільно для забезпечення більш високої, у порівнянні з окремим диском, продуктивності, а також стійкості до збоїв. Відмовостійкість може досягатися завдяки простому “дзеркальному” дублюванню інформації на двох окремих дисках, як це передбачено стандартом RAID рівня 1. Відмовостійкість може забезпечуватись також збереженням інформації за рахунок корекції помилок за допомогою завадостійких кодів (специфікації RAID рівня 3 і 5), що дозволяє навіть відновити втрачені дані у випадку відмови одного з дисків.