Автоматизація технологічних процесів і виробництв

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти РФ
Іркутський державний технічний університет
«Надійність систем автоматизації»
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
для студентів заочного факультету
спец. 210200 «Автоматизація технологічних процесів і виробництв»
ІРГТ 2003

ПЕРЕДМОВА

Питанням надійності систем управління (САУ), особливо на стадії проектування АСУ ТП з кожним роком приділяється все більша увага. Важливість проблеми надійності САУ обумовлена ​​їх повсюдним поширенням фактично у всіх галузях промисловості.
Основи теорії надійності, стосовно до опису технічних систем управління, розроблено Б.Г. Гнеденко, Ю.К. Бєляєвим, А.Д. Соловйовим та ін У нашій країні теорія надійності почала інтенсивно розвиватися з 50-х років, і до теперішнього часу сформувалася в самостійну дисципліну, основними завданнями якої є:
v Встановлення видів показників надійності технічних систем;
v Вироблення аналітичних методів оцінки надійності;
v Спрощення оцінки надійності САУ;
v Оптимізація надійності на стадії експлуатації системи.
Незважаючи на те, що за теорією надійності видано безліч фундаментальних монографій, простежується недолік спеціальної літератури для студентів.
Підготовка конспекту лекцій з курсу теорії надійності продиктована важливістю даної дисципліни для студентів, що спеціалізуються в області автоматизації та управління.
У конспекті розглянуто теоретичні основи теорії надійності, методи розрахунку надійності технічних систем, види відмов САУ та ТСА, методи підвищення надійності, а також причини, що викликають відмови САУ.
Основною метою конспекту є формування у студента подання про надійність системи управління як сукупності надійності комплексу технічних засобів, керуючої обчислювальної машини, програмного забезпечення та оперативного персоналу.
Представлений конспект лекції є результатом багаторічного вивчення і викладання теорії надійності на кафедрі «Автоматизація виробничих процесів».
Конспект лекції призначений для цілеспрямованого вивчення студентами спеціальності «Автоматизація технологічних процесів і виробництв» теорії надійності САУ, але не виключає самостійної роботи студентів з додатковими літературними джерелами.

Конспект лекцій «Надійність технічних систем» призначений для студентів очної та заочної форм навчання спеціальності 210200 «Автоматизація технологічних процесів і виробництв», а також може бути використаний студентами відповідних спеціальностей.

ЗМІСТ
ПЕРЕДМОВА ................................................. ............................................ 3
Лекція 1 ................................................ .................................................. ......... 5
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО НАДІЙНОСТІ .............................................. ........ 5
АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ ................................................ ................... 5
Лекція 2 ................................................ .................................................. ....... 12
ПОКАЗНИКИ НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ ............................................... . 12
Лекція 3 ................................................ .................................................. ....... 18
ПОКАЗНИКИ НАДІЙНОСТІ відновлюваних систем 18
Лекція 4 ................................................ .................................................. ....... 22
ПРИНЦИПИ ОПИСУ НАДІЙНОСТІ АСУ ТП ............................... 22
ВІДМОВА АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ ............................................... . 22
Лекція 5 ................................................ .................................................. ....... 27
НАДІЙНІСТЬ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АСУТП ................ 27
Лекція 6 ................................................ .................................................. ...... 31
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА УМОВ РОБОТИ ................................ 31
АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ ................................................ ................. 31
Лекція 7 ................................................ .................................................. ....... 35
МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ............................................... 35
АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ ................................................ ................. 35
ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ ................... 35
Лекція 8 ................................................ .................................................. ....... 38
ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ...... 38


Лекція 1

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО НАДІЙНОСТІ

АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ

Для оцінки поведінки автоматичної системи в експлуатаційних умовах використовується поняття надійності системи. При експлуатації автоматична система може піддаватися впливу: механічних навантажень (вібрацій, ударів, постійного прискорення); електричних навантажень (напруги, електричного струму, потужності); навколишніх умов (температура, вологість, тиск).
Вплив зазначених факторів проявляється у вигляді відхилень параметрів системи від номінальних (розрахункових) значень. Ці відхилення можуть бути настільки значними, що система стає непридатною до використання, так як виникнення великих відхилень параметрів від розрахункових значень при експлуатації системи призводить до аварії або до появи шлюбу в продукції, що випускається.
Коли система перестає задовольняти пропонованим до неї вимогам, систему вважають відмовила. Отже, надійність є однією з характеристик якості системи, тому вона, як і інші характеристики системи (точність, швидкодію), повинна оцінюватися кількісно на основі аналізу технічних параметрів системи в експлуатаційних умовах.
Так як на окремі технічні параметри системи впливають різні фактори (схемні, конструктивні, виробничі та експлуатаційні) і врахувати їх аналітично при детермінованому підході до аналізу системи неможливо, то кількісна оцінка надійності системи можлива тільки на основі теорії ймовірностей або її спеціальних розділів (теорії випадкових процесів і математичної статистики).
Надійність - властивість системи зберігати в часі і у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність системи виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах експлуатації.
Функції системи визначаються цільовим її призначенням. Автоматизована система управління - це багатофункціональна система. Внаслідок впливу збурюючих впливів система може перебувати в різних станах, що забезпечують виконання заданих їй функцій. Проте, у кожному такому стані якість виконання системою функцій не буде однаковим. Наприклад, чим більше відхилення вихідних параметрів, що характеризують виконувану функцію від заданих, тим менш якісно працює система, тобто система менш ефективна. Під ефективністю системи розуміють ймовірність виконання системою заданих функцій при певному значенні параметра.
Таким чином, надійність автоматичної системи з урахуванням можливих її станів повинна визначатися за формулою повної ймовірності.
Якщо система може перебувати в рахунковому безлічі станів, то надійність визначається формулою:
; (1.1)
де: Hi (tf) - імовірність i-го стану системи при умовах експлуатації f;
E (H i) - ефективність i-го стану;
t - необхідний інтервал часу виконання завдання;
K - число станів.
У деяких роботах оцінка якості автоматичної системи поділяється на два завдання - дослідження точності і надійності. Ту або іншу задачу можна вирішити відповідним вибором функції ефективності стану системи.
Надійність, по суті, є характеристикою ефективності системи. Якщо для оцінки якості автоматичної системи досить характеризувати її надійністю виконання системою функцій в різних станах, то надійність збігається з ефективністю системи.
Узагальнене кількісне значення надійності системи в більшості випадків важко безпосередньо отримати з первинної інформації, крім того, вона не дозволяє оцінити вплив різних етапів розробки і експлуатації системи, тому надійність доцільно розглядати за трьома головними складовими, які є властивостями системи і можуть характеризуватися як якісно, ​​так і кількісно:
-Безвідмовність;
-Відновлюваність (ремонтопридатність);
-Готовність;
Безвідмовність - властивість системи зберігати працездатність протягом необхідного інтервалу часу безперервно без вимушених перерв.
Безвідмовність системи є однією з головних і визначальних складових частин надійності автоматичної системи.
Для фіксованого інтервалу часу безвідмовної роботи і заданих умов експлуатації автоматична система може перебувати в одному з двох станів: працездатному (стан, при якому значення параметрів, що характеризують здатність системи виконувати задані функції, знаходяться в межах, встановлених нормативно-технічною документацією) і непрацездатному (стан системи, при якому значення хоча б одного параметра не знаходиться в зазначених межах).
Ці стани системи представляють протилежні події, тому для них справедливо рівність, що будемо надалі називати основним статичним рівнянням безвідмовності системи:
P + Q = 1 (1.2)
де: Р - безвідмовність (надійність) системи;
Q - ймовірність виникнення відмови системи.
Як відомо, автоматична система являє собою комплекс окремих приладів, не пов'язаних між собою на заводі-виробнику складальними і монтажними операціями, але мають загальне експлуатаційне призначення. Систему в цілому можна уявити поруч більш простих підсистем.
Безвідмовність автоматичної системи може служити лише загальною характеристикою системи, яка не дозволяє простежити вплив безвідмовності окремих її частин на безвідмовність автоматичної системи в цілому. Для того щоб мати можливість проводити такий аналіз, введемо поняття елементу та системи.
Елемент - складова частина системи, що має певне призначення і виконує необхідні функції і яка розглядається без подальшого поділу як єдине ціле.
Система - сукупність елементів, взаємодіючих між собою в процесі виконання заданих функцій.
Поняття «система» і «елемент» виражені одне через інше і умовні: те, що є системою для одних завдань, для інших приймається елементом в залежності від цілей вивчення, необхідної точності, рівня знань про надійність і т.д. Навіть така складна система, як АСУ ТП, може розглядатися як елемент більш складної системи управління підприємством.
Поділ автоматичної системи на елементи залежить від рішення конкретної задачі при оцінці її надійності. Після того як система чи прилад розділені на елементи, як основну характеристику елемента, при аналізі надійності, можна вважати його безвідмовність. Це дозволяє в більшості випадків при оцінці безвідмовності приладу практично безпосередньо не цікавитися функціональними характеристиками елементів, їх конструктивним оформленням і т. д.
Для визначення безвідмовності елементів справедливо рівність (2.1). При отриманні розрахункових формул можна користуватися як характеристикою безвідмовності, так і її протилежної величиною - ймовірністю відмови. У залежності від конкретного завдання та чи інша характеристика є більш зручною. Іноді при отриманні розрахункових формул, а також при оцінці ступеня поліпшення системи, приладів або елементів найбільш зручною характеристикою є величина, протилежна безвідмовності - ймовірність відмови.
Наприклад. Нехай безвідмовність підсилювального тракту системи Р 0 = 0,99. У результаті застосування дублювання тракту його безвідмовність зросла і стала рівною Р = 0,9999. Необхідно оцінити ступінь поліпшення безвідмовності підсилювального тракту.
Ступінь збільшення безвідмовності будемо оцінювати коефіцієнтом р, представляють ставлення безвідмовності удосконаленої схеми до безвідмовності первісної схеми, а ступінь зменшення ймовірності відмови - коефіцієнтом S p, представляють ставлення відповідних ймовірностей відмови S P = P / P 0 = 0,9999 / 0,99 = 1 , 01.
Тоді в першому випадку якщо скористатися коефіцієнтом Sp, то безвідмовність приладу збільшується в 1,01 рази або на 1%, що, на перший погляд, може здатися не дуже істотним, хоча в дійсності безвідмовність приладу підвищується значно.
Якщо ж скористатися коефіцієнтом S (S = Q / Q 0 = 1 * 10 -4 / 1 * 10 -2 = 1 * 10 -2) то ймовірність відмови удосконаленої схеми в порівнянні з початковою схемою зменшується в 100 разів.
Така оцінка ступеня поліпшення системи є більш зручною і наочною, не дивлячись на те, що вона відображає одну й ту ж об'єктивну сутність зміни якості системи.
Поряд з методами оцінки безвідмовності автоматичних систем по вихідних параметрів системи, можна також застосовувати методи оцінки безвідмовності системи з її вхідним впливів, якими в окремому випадку є обурення або навантаження, що характеризують умови експлуатації.
Восстанавливаемость - властивість системи, яка полягає у її пристосованості до попередження, виявлення та усунення причин виникнення відмов, а також підтримці і відновленню працездатного стану шляхом проведення технічного обслуговування і ремонтів.
Відновленням називається подія, що полягає в переході системи з непрацездатного стану в працездатний, внаслідок не тільки коригування, налаштування, ремонту, але і внаслідок заміни відмовив обладнання або елемента на працездатний. Відповідно, до невідновлюваних відносять системи, відновлення яких безпосередньо після відмови вважається неможливим або недоцільним, а до відновлюваних - системи в яких проводиться відновлення безпосередньо після відмови.
Одна і та ж система в різних умовах застосування може бути віднесена до невідновлюваних (наприклад, якщо вона розташована в необслуговуваним приміщенні, куди заборонений доступ персоналу під час роботи технологічного агрегату) і до відновлюваних, якщо персонал відразу ж після відмови може почати відновлення.
Восстанавливаемость автоматичної системи є характеристикою її якості, тому відновлюваність можна визначити як властивість системи, що дозволяє обслуговуючому персоналу певної кваліфікації відновити систему при заданих навколишніх умовах.
Під кількісним значенням відновлюваності системи розуміється ймовірність того, що параметри її будуть відновлені до необхідних значень за даний інтервал часу обслуговуючим персоналом певної кваліфікації при заданих навколишніх умовах.
Низька відновлюваність автоматичних систем навіть при порівняно прийнятних характеристиках безвідмовності призводить до значних витрат на експлуатацію систем.
Восстанавливаемость систем значною мірою впливає на готовність системи до виконання заданих їй функцій, що має важливе значення при підготовці системи до початку робочого циклу чи зміни, в системах автоматичного блокування та ін
Відновлення системи може бути двох типів:
- Профілактичне,
- Коригувальний.
Профілактичне, або планове відновлення, попереджає відмови або неправильне функціонування системи налаштуванням, регулюванням, а також чисткою, мастилом системи і т. п. Профілактичне відновлення з метою попередження відмов системи при роботі включає також заміну вузлів або деталей системи, які мають критичні значення параметрів.
Коригувальна, або непланове відновлення, потрібно при відмовах системи. При цьому регулюють параметри системи або замінюють деталі внаслідок їхньої відмови, або в результаті неприпустимого зміни параметрів системи в робочий період.
Восстанавливаемость і не відновлюваність представляють протилежні події, тому, як і у випадку безвідмовності системи, основне рівняння відновлюваності має вигляд
Рв + Qb = 1 (1.3)
де Рв - відновлюваність;
Qb - не відновлюваність системи.
Восстанавливаемость системи визначається двома групами основних факторів.
Першу групу складають фактори, пов'язані з схемою і конструкції системи (складність системи, взаємозамінність окремих вузлів і блоків, конструктивне оформлення системи для зручності обслуговування, доступність до окремих елементів і деякі інші). Аналіз кожного з цих факторів представляє складну задачу.
Другу групу складають експлуатаційні фактори (досвід, підготовка і майстерність обслуговуючого персоналу, а також ступінь досконалості керівництва обслуговуючим персоналом, методика перевірочних випробувань системи, досконалість постачання запасними частинами та ін).
Більшість факторів, що визначають відновлюваність системи, важко оцінити кількісно і тим більше визначити експериментально, тому систему треба проектувати таким чином, щоб виключити вплив чинників, що не піддаються кількісній оцінці.
Восстанавливаемость можна суттєво збільшити, застосовуючи сучасні методи виявлення та усунення несправностей в системі. Ці методи розвиваються в трьох напрямках:
1) створення вбудованих в систему диагностирующих пристроїв або застосування спеціальних автоматичних тестерів;
2) розробка методів та обладнання для граничних випробувань дозволяють профілактично замінювати елементи, параметри яких в значній мірі змінилися внаслідок зносу або старіння;
3) перерозподіл функцій, які виконуються елементами при появі відмов, і самонастройка параметрів системи, При цьому структура системи вибирається таким чином, щоб елементи, що прийняли на себе функції відмовили елементів, в умовах підвищених на них навантаження були б у змозі забезпечити ефективну працездатність системи до закінчення виконання поставлених перед системою завдань. Відмовили елементи можна відновити в період проведення профілактичних заходів.
Кваліфікація і підготовка обслуговуючого персоналу робить в більшості випадків вирішальне вплив на відновлюваність системи. Недосвідченість обслуговуючого персоналу приводить не тільки до збільшення часу відновлення системи, але і до появи нових відмов.
Готовність - властивість системи виконувати покладені на неї функції в будь-якій довільно обраний момент часу в сталому процесі експлуатації. Готовність визначається як безвідмовністю, так і відновлюваністю системи.
Готовність системи визначається її безвідмовністю і відновлюваністю, які в свою чергу, як було показано вище, є імовірнісними характеристиками системи. Таким чином, готовність системи також є ймовірнісної характеристикою.
Під готовністю будемо розуміти ймовірність того, що система в даний момент часу готова для виконання призначених їй функцій, тобто система повинна бути готова до виконання призначених їй функцій до початку робочого інтервалу часу. Для ряду автоматичних систем зв'язку, захисту, блокування зазвичай потрібна постійна готовність.
У статистичному сенсі загальним показником готовності може бути частка систем, готових для використання протягом необхідного робочого інтервалу часу.
У загальному вигляді готовність системи визначається через ймовірність відмови Q і невосстанавліваемость Qв за такою формулою:
Рг = 1 - Qв Q (1.4)
Рівняння (1.4) показує, що готовність системи при фіксованій одній характеристиці безвідмовності або відновлюваності може бути підвищена за рахунок збільшення іншого. Зокрема, при низькій безвідмовності системи готовність може бути збільшена відповідним збільшенням відновлюваності. Якщо відновлення систем не виробляється, то, як випливає з рівняння (1.4), готовність визначається безвідмовністю системи.
Рекомендована література для додаткового читання:
1. Балакірєв В.С., Баденіков В.Я. Надійність технічних і програмних засобів автоматизації. Учеб. посібник для ВУЗів. - Ангарськ.: Ангарський технологічний інститут, 1994, - 64 с.
2. Ястребенецький М.А., Іванова Г.М. Надійність АСУТП. Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 264 с.
3. Олссон Г. Цифрові системи автоматизації і управління. - М.:
4. Курочкін Ю.А. Надійність і діагностування цифрових пристроїв і систем. - М.: Вища школа, 1993. - 230 с.

Лекція 2

ПОКАЗНИКИ НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ

Аналіз надійності автоматичних систем та її складових може бути розділений на два завдання: статичну і динамічну. Надійність системи (при заданій схемі і конструкції) в основному залежить від двох параметрів:
- Необхідного часу безвідмовної роботи,
- Умов експлуатації системи.
Коли ці параметри фіксуються, то розглядається статична завдання, яка базується на основних положеннях теорії ймовірностей.
При статичному підході надійність характеризується числом подібно до того, як динамічні ланки автоматичної системи в усталеному режимі характеризуються коефіцієнтом передачі. Зазначена аналогія дозволить користуватися при аналізі надійності системи її структурними уявленнями, що поряд з наочністю спрощує також складання рівнянь надійності та їх аналіз.
Коли необхідне значення інтервалу часу безвідмовної роботи або умови експлуатації системи не фіксуються при аналізі надійності, виникає динамічна задача. Основним математичним апаратом при вирішенні динамічної задачі поряд з класичною теорією ймовірностей є теорія випадкових процесів. Основні залежності і рівняння динамічної задачі стають складнішими, ніж в статичній завданню, тому вирішувати її зручно за допомогою перетворень Лапласа, Мелліна, z-перетворення.
Застосування для розв'язання динамічних задач теорії надійності зазначених перетворень дозволяє, так само як і в статичній завданню, користуватися структурними методами. Зазвичай з рішенням динамічної задачі пов'язується надійність відновлених систем.
Динамічна завдання дає можливість також розробити критерії надійності систем або її окремих складових. Враховуючи, що надійність системи є ймовірнісної характеристикою, для розробки критеріїв можна використовувати функції розподілу ймовірностей в залежності від аналізованого динамічного параметра або моменти функцій розподілу ймовірностей.
Функції розподілу ймовірностей представляють найбільш повну інформацію про надійність системи. При цьому залежно від цілей дослідження, особливостей розглянутої системи можуть застосовуватися інтегральні, диференційні або умовні функції розподілу ймовірностей.
Показниками надійності називаються кількісні характеристики одного або декількох властивостей, які складають надійність системи. Вибір тих чи інших показників продиктований виглядом досліджуваної системи. У теорії надійності розрізняють відновлювані та невідновлювані системи. До невідновлюваних відносять системи, відновлення яких безпосередньо після відмови вважається неможливим або недоцільним, а до відновлюваних - в яких проводиться відновлення безпосередньо після відмови.
Для невідновлювальних систем, як правило, обмежуються показниками безвідмовності. Ці ж показники описують системи, в принципі підлягають відновленню після відмов, але поведінка яких доцільно розглядати до моменту першої відмови. До їх числа, наприклад, можна віднести системи, чиї відмови надзвичайно рідкісні і викликають особливо важкі наслідки.
До показників надійності невідновлюваних систем відносяться:
1. Інтегральний закон розподілу часу безвідмовної роботи;
2. Інтегральний закон розподілу часу до відмови;
3. Диференціальний закон розподілу часу справної роботи пристрою до першої відмови;
4. Середній час безвідмовної роботи (середнє напрацювання до відмови);
5. Інтенсивність відмов.
Перш ніж перейти до показників надійності, необхідно ввести поняття наробітку до відмови.
Наробіток до відмови (Т) - випадкова величина, що є тривалість роботи невідновлювальної системи до настання відмови. Для більшої частини систем наробіток до відмови вимірюється одиницями часу, але вона може вимірюватися і числом включень, спрацьовувань, циклів. Очевидно, що для систем, що працюють без відключень (крім відмов), наробіток до відмови збігається з часом безвідмовної роботи.
Основним показником для кількісної оцінки безвідмовності елемента, апаратури, приладів та АСУ є ймовірність безвідмовної роботи P (t) в заданому інтервалі часу напрацювання t. Наприклад, Р (1000) = 0,99 означає, що з безлічі елементів даного виду 1% відмовить раніше 1000 год, або що для одного елемента його шанси пропрацювати безвідмовно 1000 год складають 99%. Чим менше напрацювання, тим більше P (t). Показник P (t) повністю визначає безвідмовність невідновлювальних елементів, але застосовний також і до відновлюваних елементів до першої відмови . Імовірність безвідмовної роботи статистично визначається відношенням числа елементів n i, безвідмовно пропрацювали до моменту часу t, до числа елементів N   працездатних в початковий момент часу t = 0
P i *= n i / N. (2.1)
При значному збільшенні числа елементів N статистична ймовірність P i * сходиться до ймовірності
Р (t) = P {T.> T} (2.2)
де T-наробіток до відмови.
Так як справна робота і відмова - події протилежні, то вони пов'язані очевидним співвідношенням:
Q (t) = l - P (t) (2.3)
де Q (t)-ймовірність відмови, чи інтегральний закон розподілу випадкової величини - часу роботи до відмови.
Статистичне значення імовірності відмови дорівнює відношенню числа відмовили елементів до початкового числа випробовуваних елементів:
Q i *= 1 - n i / N = (N - n i) / N (2.4)
Похідна від імовірності відмови f (t) = dQ (t) / dt = - dP (t) / dt є диференціальний закон, або щільність розподілу випадкової величини - часу справної роботи пристрою до першої відмови і характеризує швидкість зниження ймовірності безвідмовної роботи в часі.
Середній час безвідмовної роботи Т сер представляє собою математичне сподівання часу роботи пристрою до відмови
(2.5)
Статистична формула для розрахунку Т сер:
(2.6)
де T i - Час безвідмовної роботи I-го устрою; N - загальна кількість елементів.
Інтенсивністю відмов l (t) називають відношення щільності розподілу часу справної роботи до ймовірності безвідмовної роботи невідновлювальної пристрою, яка взята для одного і того ж моменту часу t. .
l (t) = f (t) / P (t) =- dP / d (t! / P (t). (2.7)
Статистична формула:
l (t) *= 2 (N 1 - N 2) / t (N 1 + N 2) (2.8)
де N 1 - початкова кількість справних елементів; N 2 - кількість справних пристроїв через час t.
Інтенсивність відмов є найбільш зручною характеристикою безвідмовності систем і елементів. Як показує досвід обробки статистичних даних з експлуатації різного устаткування, інтенсивність відмов автоматичних систем, а також окремих елементів не може бути аппроксимирована аналітичної залежністю, відповідної тільки одному теоретичного закону безвідмовності.
Обробка великої кількості інформації про відмови автоматичних систем дозволила отримати загальну якісну форму залежності інтенсивності відмов від часу (рис. 2.1).
На кривій, наведеної на рис.2.1 можна виділити три характерні області:
1) початкових відмов П (область підробітки);      2) випадкових відмов С (область зрілості), 3) відмов внаслідок старіння І (область стрості).
В області П інтенсивність відмов спочатку зростає, досягає максимального значення і потім зменшується.

Рис. 2.1 Залежність інтенсивності відмов від часу.
Верхня межа області визначається переходом інтенсивності відмов зону постійних значень. Початкові відмови можуть бути обумовлені дефектами матеріалів, а також головним чином виробничими дефектами та деякими іншими чинниками. Причини початкових відмов можна усунути дослідної експлуатацією системи, тренуванням в спеціальних умовах і режимах роботи протягом періоду часу, званого періодом підробітки. Тривалість періоду підробітки, як показує досвід, залежить від кількості дефектів в системі.
В області випадкових відмов інтенсивність відмов залишається величиною постійною і визначається складністю системи, якістю застосовуваних елементів і режимам їх роботи, умовами експлуатації і деякими іншими чинниками. Інтервал часу, протягом якого інтенсивність відмов постійна, представляє основний робочий період систем. У деяких випадках він збігається з мінімальним значенням виробничого ресурсу системи. Початок росту інтенсивності відмов визначає верхню межу області випадкових відмов і нижню межу відмов із-за зношеності. З деяким допуском виникнення таких відмов може служити критерієм довговічності. Слід мати на увазі, що для деяких систем довговічність може бути менше, ніж середній час безвідмовної роботи системи, розраховане як величина, зворотна інтенсивності відмов. Цю обставину слід враховувати при призначенні гарантійного терміну роботи системи.
В області І інтенсивність відмов сильно зростає внаслідок зносу окремих елементів. У відновлюваних системах в області І інтенсивність відмов має коливальний характер, причому амплітуда і частота коливань залежать від довговічності окремих елементів і організації профілактичних заходів при експлуатації системи.
У розрахунках надійності необхідно враховувати закони розподілу випадкової величини - часу роботи системи до виникнення відмови. Для дискретних випадкових величин застосовуються біноміальний закон розподілу і закон Пуассона. Для неперервних випадкових величин застосовуються експонентний закон, гамма-розподіл, закон Вейбулла, нормальний закон.
Наприклад, закон Пуассона визначає розподіл числа m випадкової події за час t. Використовується для визначення ймовірності того, що в складному пристрої за час t відбудеться п відмов.
Експонентний закон застосовується для аналізу складних виробів, що пройшли період підробітки, а також для систем, що працюють у важких умовах під впливом механічних і кліматичних навантажень. Типові елементи радіоелектроніки апаратури підпорядковується експоненціальним законом розподілу часу відмов в області раптових відмов з l-кривої (рис. 2.2). Імовірнісні характеристики відмов визначаються формулами:
(2.9)
Для експоненційного закону Т сер = 0 = 1 / l і задовольняються початкові умови Р (0) = 1; Q (0) = 0, тобто звіт часу t починається з моменту з'ясування справності виробу.
Графіки зміни показників надійності при експоненційному розподілі представлені на рис. 2.2.
P (t)
l (t)
Q (t)
P (t)
l (t)
Q (t)
А Б


Рис. 2.2. Показники надійності при експоненційному (А) і нормальному (Б) законі розподілу часу безвідмовної роботи.
Основною характерною властивістю експоненціального розподілу є те, що ймовірність безвідмовної роботи системи на будь-якому інтервалі часу не залежить від довжини цього інтервалу і не залежить від часу, попередньої роботи системи, тобто від її «віку».
Так як для експоненціального розподілу характерно сталість інтенсивності відмов у часі, то область застосування цього закону - системи та елементи, де можна не враховувати ні період підробітки, і ділянка старіння та зносу (наприклад, багато засобів обчислювальної техніки і регулювання).
Нормальний закон розподілу часу справної роботи виробу застосовується дли області І l-кривої (рис. 2.1). 3акон застосовується, коли відмови системи залежать від великого числа однорідних за своїм впливом факторів у процесах зносу, старіння. Звіт часу t при нормальному законі ведуть з початку експлуатації системи. Інтенсивність відмов монотонно зростає:
; (2.10)
де s - середньоквадратичне відхилення часу безвідмовної роботи системи.
Графіки зміни показників надійності при нормальному розподілі представлені на рис. 2.2.
Нормальний розподіл, в принципі, описує поведінку випадкових величин в діапазоні від (- ¥; + ¥), але так як напрацювання до відмови є неотрицательной величиною, то використовують усічене нормальний розподіл.
Розподіл Вейбулла-Гнеденко застосовується для опису надійності ряду електронних і механічних технічних засобів, включаючи період підробітки. Це двопараметрична розподіл, де параметр k визначає вид щільності розподілу, m - його масштаб. Так, при k = 1 розподіл Вейбулла збігається з експоненціальним, коли інтенсивність відмов постійна; при k.> 1 інтенсивність відмов зросте; при k <1 інтенсивність відмов убуває. Функція надійності при розподілі Вейбулла має вигляд:
; (2.11)

Рекомендована література для додаткового читання:
1. Балакірєв В.С., Баденіков В.Я. Надійність технічних і програмних засобів автоматизації. Учеб. посібник для ВУЗів. - Ангарськ.: Ангарський технологічний інститут, 1994, - 64 с.
2. Ястребенецький М.А., Іванова Г.М. Надійність АСУТП. Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 264 с.
3. Олссон Г. Цифрові системи автоматизації і управління. - М.:
4. Курсове та дипломне проектування з автоматизації виробничих процесів. Учеб. посібник для ВУЗів. / Під ред. І.К. Петрова. - М.: Вища школа, 1986. - 350 с.


Лекція 3

ПОКАЗНИКИ НАДІЙНОСТІ відновлюваних систем

Після кожного відмови відновлювальної системи слід її відновлення, що проводиться заміною елемента, що відмовив на ідентичний працездатний або проведенням ремонтних операцій. Так само, як і наробіток до першої відмови у невідновлювальних системи, моменти настання відмов відновлювальної системи є випадковими. Також випадкової є і тривалість робіт з проведення відновлення, але час відновлення, як правило, значно менше часу між відмовами, тому їм нехтують. На рис. 3.1 представлений графік функціонування відновлюваної системи (елемента).
0 t 1 t 2 t 3 t n t
n (t)
5
4
3
2
1
k 1 k 2 k 3 k 4


Рис. 3.1 До визначення поняття потоку відмов.
t 1; t 2; t n - моменти часу, протягом яких відбувається відмову і відновлення.
k 1; k 2; k n - напрацювання між відмовами.
Послідовність відмов, що відбуваються один за іншим у випадкові моменти часу, носить назву потоку відмов. Поняття потоку відмов є одним з основних при розгляді систем з відновленням. Потік відмов задається двома способами: перший спосіб полягає у вивченні деякого дискретного випадкового процесу, заданого числом відмов на проміжку часу (0, t), другий спосіб, полягає у вивченні послідовності безперервних випадкових напрацювань між відмовами. У тому і іншому випадку нехтують тривалість відновлення системи, а потік відмов називають найпростішим.
Найпростіший потік має властивості стаціонарності, ординарности і відсутності наслідків.
Виконання вимоги стаціонарності означає, що імовірнісні характеристики потоку не залежать від часу. Потік відмов називають потоком без наслідків, якщо для будь-якого набору непересічних проміжків часу число відмов на цих проміжках представляють собою взаємно незалежні випадкові величини. Ординарність означає практичну неможливість виникнення двох або більше відмов одночасно, тобто на одному проміжку часу.
У найпростішого потоку ймовірність виникнення n відмов на відрізку часу довжиною t визначається розподілом Пуассона:
; (3.1)
Імовірність відсутності відмов на інтервалі часу довжиною t дорівнює ймовірності події, що полягає в тому, що час Т між відмовами більше, ніж t:
P {T> t} = e - w t; (3.2)
де w - параметр потоку відмов;
Параметр потоку відмов w (t) - це відношення кількості відмов системи на деякому малому відрізку часу до значення цього відрізка.
Статистична формула: (3.3)
де N-загальна кількість елементів; n i (t) - число відмов i - го елемента на інтервалі часу (0; t).
Для потоку, що задовольняє вимогу стаціонарності, параметр потоку відмов є постійною величиною і не залежить від часу.
Одночасні відмови декількох елементів можуть виникати з-за зміни умов експлуатації понад допустимих меж. Але внаслідок того, що надійність системи розраховують по сталому умов експлуатації, то потоки відмов модно приймати ординарними. Нестаціонарність може мати місце через наявність періоду підробітки після пуску системи. Ця ж причина може призвести до недотримання властивості наслідки. Наслідок може мати місце через недостатню якість відновлення, коли властивості системи не повністю регенеруються після відмови, а також у ситуації, коли відмова одного елемента викликає погіршення умов роботи інших.
Відповідно із двома способами завдання потоку відмов для відновлюваних систем модно застосовувати різні показники надійності і безвідмовності.
При завданні потоку відмов як дискретного випадкового процесу - числа відмов на інтервалі часу (0, t) показником безвідмовності є параметр потоку відмов, визначається співвідношенням (3.3).
При завданні потоку відмов як послідовності випадкових величин (напрацювань) між відмовами задаються показниками безвідмовності, ремонтопридатності, довговічності і комплексними показниками надійності. Показником безвідмовності є середнє напрацювання на відмову.
Напрацювання на відмову (середній час між сусідніми відмовами) визначається за статистичними даними про відмови для одного пристрою по формулі:
; (3.4)
де п - число відмов устрою за час спостереження; t i - Час справної роботи пристрою між (i - 1)-м і i-м відмовами. При найпростішому потоці відмов параметр потоку відмов є зворотною величиною напрацювання до відмови.
Термін напрацювання визначає тривалість або обсяг роботи пристрою. Вибір тих чи інших показників надійності залежить від того, наскільки точно потрібно визначити надійність розроблюваних технічних засобів автоматизації.
До показників ремонтопридатності відносяться ймовірність відновлення працездатного стану за заданий час і середній час відновлення.
Імовірність відновлення працездатного стану визначається як імовірність того, що час відновлення виявиться менше деякого заданого часу t 1.
Q В (t 1) = Вер {T У <t 1}; (3.5)
середній час відновлення (ремонту) після відмови (визначається за статистичними даними):
; (3.6)
Показником довговічності системи є термін служби системи. Термін служби системи - це випадкова величина, що характеризує календарну тривалість від початку експлуатації системи до переходу її в граничний стан. Для деяких систем показником довговічності є встановлений термін служби, який повинна досягти дана система. Як випадкової величини при розгляді довговічності може бути прийнятий як календарний термін служби системи, але і її ресурс - напрацювання від початку експлуатації до переходу в граничний стан.
Комплексні показники надійності відображають спільно безвідмовність і ремонтопридатність системи. До комплексних показників відносяться: коефіцієнт готовності, коефіцієнт оперативної готовності та коефіцієнт технічного використання.
Коефіцієнт готовності k Г - ймовірність того, що система виявиться працездатною в довільно обраний момент часу в сталому процесі експлуатації. За відсутності обмежень в обслуговуванні:
k р = t ср * / (t ср * + t В *) (3.7)
Коефіцієнт готовності чисельно дорівнює середній частці часу, протягом якого система перебуває в працездатному стані.
Коефіцієнт оперативної готовності k ОГ - імовірність того, що система виявиться працездатною в довільно обраний момент часу в усталеному режимі експлуатації і що, починаючи з цього моменту, система буде працювати безвідмовно протягом заданого інтервалу часу t.
k ОГ *= k Г P (t) (3.8)
При визначенні коефіцієнта готовності та коефіцієнта оперативної готовності з розгляду виключені плановані періоди часу, протягом яких застосування систем за призначенням не передбачається (наприклад, інтервали планового технічного обслуговування). Ці періоди часу враховуються коефіцієнтом технічного використання:
k ти = t ср * / (t ср * + t В * + t проф *) (3.9)
де t проф *- середній час профілактики, що припадає на одну відмову за розглянутий проміжок часу.

Рекомендована література для додаткового читання:
1. Балакірєв В.С., Баденіков В.Я. Надійність технічних і програмних засобів автоматизації. Учеб. посібник для ВУЗів. - Ангарськ.: Ангарський технологічний інститут, 1994, - 64 с.
2. Ястребенецький М.А., Іванова Г.М. Надійність АСУТП. Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 264 с.
3. Олссон Г. Цифрові системи автоматизації і управління. - М.:
4. Курсове та дипломне проектування з автоматизації виробничих процесів. Учеб. посібник для ВУЗів. / Під ред. І.К. Петрова. - М.: Вища школа, 1986. - 350 с.

Лекція 4

ПРИНЦИПИ ОПИСУ НАДІЙНОСТІ АСУ ТП.

ВІДМОВА АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ

Автоматизовану систему управління, як і будь-яку складну систему, доцільно розглядати як сукупність елементів з певною взаємозв'язком між собою. Вибір елементів залежно від способу декомпозиції АСУ ТП може бути різний. При декомпозиції за складом в якості елементів можуть бути прийняті комплекс технічних засобів, інформаційне забезпечення (що включає в себе нормативно-довідкову інформацію, системи класифікації і кодування інформації тощо) і організаційне забезпечення (документи, що регламентують дії персоналу). Властивості інформаційного та організаційного забезпечення впливають на надійності АСУ ТП побічно, через функціонування технічних засобів, програмного забезпечення та дії персоналу, тому окремо не враховуються. При функціональній декомпозиції АСУ ТП як багатофункціональної системи в якості елементів системи розглядаються її функції, в цьому випадку говорять про функціональної ефективності АСУ ТП. У загальному випадку АСУ ТП прийнято розглядати як сукупність ТСА (технічні засоби автоматизації), ПО (програмне забезпечення) і ВП (оперативний персонал).
Надійність комплексу технічних засобів надає найбільш істотний вплив на надійність АСУ ТП, тому наближено надійність АСУ ТП найчастіше оцінюють з урахуванням тільки комплексу технічних засобів.
Критерії відмов технічних засобів (ТСА) встановлюються відповідно до вимог, вказаних у стандартах, технічних умовах або іншої технічної документації на ці ТСА. Оскільки більшість ТСА мають загальнопромислове призначення, то вимоги задаються безвідносно до тих систем, в яких ці ​​ТСА функціонують. Критерії відмов ТСА при цьому не залежать від характеристик керованого об'єкта і вимог до якості управління.
Розглянемо класифікацію відмов комплексу технічних засобів системи.
Відмова - випадкова подія, що полягає в порушенні працездатності системи. Крім того, відмова автоматичної системи визначається як вихід параметра за межі встановленого допуску.

Рис. 4.1. До випадковому процесу зміни параметра.
В експлуатаційних умовах зміна вихідного параметра системи представляє випадкову функцію. Якщо вихід параметра k за кордон допуску є небезпечним, то графічно перехід з справного стану приладу в несправний, можна зобразити як перетин випадковою функцією жодному з кордонів допуску а і або b (Рис. 4.1).
При цьому вихід параметра за кордон допуску може відбуватися або стрибком (графік 1), або в результаті поступового безперервної зміни параметра приладу (графік 2).
Тому, якщо виходити з характеру зміни параметра, доцільно розділити відмови приладів та елементів на раптові і поступові. Такий поділ зручно при розрахунку безвідмовності системи (приладів), оскільки раптова відмова її викликається як відмовою елементів принципової схеми, так і відмовою конструктивних та допоміжних елементів. Для більшості систем та приладів поступова відмова визначається лише зміною параметрів принциповою і кінематичної схем.
При появі раптових відмов не резервована система не може виконувати призначені функції, в той час як при поступових відмовах невеликі відхилення параметра за кордон допусків зазвичай призводять не до відмови системи, а лише до зміни її ефективності (в залежності від величини відхилення параметра приладу за кордон допуску ).
При оцінці безвідмовності системи, у разі поступових відмов, вплив величини відхилення параметра системи за кордон допуску можна характеризувати ефективністю параметра системи.
При такому розподілі відмов елементів на раптові і поступові можна вважати, що:
- Відсутність раптової відмови свідчить про міцність елемента,
- Поступова зміна параметра свідчить про його точності.
Отже, відсутність обох відмов може бути інтерпретоване як умовна міцність.
Для фіксованого інтервалу часу роботи системи безвідмовність представляє ймовірність спільного здійснення двох подій, у яких відсутні раптові і поступові відмови.
Якщо раптові і поступові відмови незалежні, то відповідно до правила множення ймовірностей безвідмовність визначається формулою:
Р = Р вн * Р пост (4.1)
де РВН - безвідмовність системи при виникненні раптових відмов;
P пост - безвідмовність системи, при виникненні поступових відмовах.
Характер раптових відмов визначається в свою чергу типом елемента або приладу, його схемою та конструкцією. Для найпростіших елементів (деталі та нескладні вузли) раптові відмови діляться на два види:
-Обрив,
-Коротке замикання.
Так як всі можливі стану елементів повинні складати повну групу подій, запишемо основне рівняння безвідмовності для цієї групи елементів
Р + q 0 + q З = 1 (4.2)
де q о і q З - імовірності відмови елемента внаслідок обриву і короткого замикання відповідно.
Прилади, що містять джерела енергії, а також елементи, комутуючі енергію, характеризуються такими видами раптових відмов, як обрив і помилковий сигнал на виході пристрою. Тобто, для приладів цієї групи вид відмови визначається наявністю або відсутністю сигналу на вході приладу.
Крім раптових і поступових відмов, дуже корисно виділити при дослідженні надійності автоматичних систем переривчасті відмови, часто звані збоями (самовідновлюються відмовами). Переривчасті відмови в основному визначаються перешкодами, які впливають на систему, а для контактних елементів також і оточуючими умовами, наприклад вібраціями для контактів електромеханічних реле. Характерну особливість переривчастих відмов становлять певні труднощі виявлення та їх усунення. Ефективним засобом попередження наслідків переривчастих відмов може бути застосування коди в дискретних системах.
Показники надійності ТСА з урахуванням впливу відмови задаються з числа розглянутих у лекціях 2, 3. Як правило, ці показники встановлюються при наступних умовах: температура навколишнього повітря (20 ± 10) 0 С, відносна влажность30-80%; тиск 630-680 мм. рт. стовпа; відхилення напруги живлення мережі +10-15%. Час на якому задається ймовірність безвідмовної роботи, звичайно приймається рівною 2000 ч. Завдання показників безвідмовності і довговічності для ТСА, що входять до складу ДСП, є обов'язковим.
Всі розглянуті вище види відмов відносяться до відмов комплексу технічних засобів АСУ ТП. Для опису надійності АСУ ТП в цілому необхідно враховувати взаємозв'язок системи та технологічного об'єкта управління. Надійність АСУ ТП, перш за все, пов'язана із здатністю системи виконувати необхідні функції. Тим самим стає природним використання декомпозиції АСУ ТП як багатофункціональної системи по виконуваних функцій. При такому підході слід ввести поняття відмови функції. У загальному випадку відмовою функції є подія, що полягає у порушенні хоча б одного з основних встановлених вимог до якості її виконання, що виникає при заданих умовах експлуатації АСУ ТП і функціонує при заданих режимах технологічному об'єкті управління.
Встановлення критеріїв відмов функцій проводиться з урахуванням класифікації функцій залежно від вимоги до якості їх виконання. Функції АСУ ТП умовно поділяються на прості і складові; безперервні і дискретні. Розглянемо вимоги до виконання функцій АСУ ТП відповідно до наведеної класифікації.
· Вимоги своєчасного і безпомилкового виконання функцій, відсутності затримок при їх реалізації задаються для дискретних функцій;
· Вимоги відсутності вимушених перерв у виконанні функції і підтримки значень показників якості їх виконання в заданих межах задаються для безперервних функцій;
· Відмова складовою функції формулюється як порушення вимог до виконання деякого поєднання простих функцій, при цьому якщо наслідки відмов кожної з простих функцій однакові, може бути поставлено вимогу щодо обмеження числа одночасно не виконуються простих функцій.
Відмови функцій можна класифікувати за такими ознаками:
v за впливом на роботу об'єкта управління (що викликали аварію з пошкодженням обладнання, зупинка технологічного процесу, погіршення якості протікання технологічного процесу);
v з причин виникнення (через відмови технічних засобів, помилок програмного забезпечення, неправильних дій персоналу);
v за ступенем порушення працездатності (наприклад, повні та часткові);
v за наявністю зовнішніх проявів (наприклад, явні і неявні);
v за видом порушення для дискретних функцій (неспрацювання, що полягає у відсутності сигналів або команд на керування виконавчими механізмами при наявності умов, що вимагають їх функціонування, і помилкове спрацьовування, що полягає у виробленні сигналів або команд за відсутності умов, що вимагають їх функціонування).
Показники надійності функції АСУ ТП вибираються відповідно до класифікації функції з тимчасового режиму виконання з урахуванням класифікації та критеріїв відмов. Основним показником безвідмовності різних безперервних функції є середнє напрацювання на відмову. Замість неї допускається використовувати параметр потоку відмов, якщо потік відмов функції є стаціонарним. При розгляді поведінки функції до першої відмови показником безвідмовності є середнє напрацювання до відмови.
У тих випадках, коли в роботі АСУ ТП можна виділити характерні часові інтервали t 1 (наприклад, періодичність капітальних ремонтів технологічного обладнання, періодичність зупинень через зміни виробничої програми), в якості показника безвідмовності може бути прийнята ймовірність безвідмовного виконання функції P (t 1 ).
Основним показником безвідмовності та ремонтопридатності дискретних функцій з відмов типу «неспрацювання» є ймовірність R успішного виконання заданої процедури при виникненні запиту.

Рекомендована література для додаткового читання:
1. Балакірєв В.С., Баденіков В.Я. Надійність технічних і програмних засобів автоматизації. Учеб. посібник для ВУЗів. - Ангарськ.: Ангарський технологічний інститут, 1994, - 64 с.
2. Ястребенецький М.А., Іванова Г.М. Надійність АСУТП. Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 264 с.
3. Надійність АСУ: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Я.А. Хетагурова. - М.: Вища школа, 1979. - 287 с.
4. Курочкін Ю.А. Надійність і діагностування цифрових пристроїв і систем. - М.: Вища школа, 1993. - 240 с.

Лекція 5

НАДІЙНІСТЬ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АСУТП

Однією з основних частин АСУ ТП є програмне забезпечення (ПЗ), що представляє собою сукупність взаємопов'язаних і автономних програм, описів, інструкцій програміста і користувача, тестів і т.п.
Основним ядром ПЗ є його програми, які забезпечують: нормальне функціонування КОМ і значної частини ТСА, переробку інформації про стан ТОУ, визначення регулюючих і керуючих впливів, взаємодія АСУ та управлінського персоналу та інші функції. Якість роботи всієї АСУ ТП істотно залежить від якості ПЗ, під яким умовно розуміють сукупність таких різнорідних властивостей як коректність, швидкодію, вартість, і, особливо, надійність.
Надійність ПЗ - є властивість програмного забезпечення своєчасно виконувати в заздалегідь зазначених умовах експлуатації вперед встановлені функції.
У самому загальному випадку основну функцію ПЗ АСУТП можна розглядати як своєчасне отримання певного результату або рішення у при переробці вхідної інформації х з безлічі Х.
Під х розуміється контрольна інформація від ТОУ, сигнали про стан технологічного обладнання та ТСА, команди управлінського персоналу та вищих АСУ тощо Результат у залежить як від випадкового х Î Х, так і від властивостей ПЗ, що носять багато в чому стохастичний характер. Тому встановлення будь-яких діапазонів зміни у і тим більше кордонів допустимих або розумних результатів У виявляється в цьому випадку неможливим. Внаслідок цього стає скрутної сувора якісна оцінка приналежності цього у безлічі «розумних» результатів У.
Рішення про виконання або невиконання функцій ПЗ змушений приймати користувач і, в меншій мірі розробник програми чи програміст. Таким чином, надійність - це властивість програм забезпечувати «розумні» на думку користувача і програміста рішення при переробці вхідної інформації х з умовного множини Х і нормальному функціонуванні КОМ.
Надійність встановлюється за результатами роботи ПЗ, тобто при динамічній перевірки всіх програм на безлічі вхідної інформації. Некоректне ПО завідомо ненадійно, однак і коректне ПЗ може бути ненадійним.
Розглянуте визначення надійності ПЗ базується на понятті відмову програми, під яким розуміється подія, що полягає у появі «нерозумного» результату у Î Y при х Î Х і нормальній роботі КОМ i ТСА.
Відмови ПЗ діляться на випадкові і невипадкові.
Невипадкові відмови ПЗ обумовлені дією так званих комп'ютерних вірусів.
Випадкові відмови ПЗ спостерігаються у випадкові моменти часу роботи КОМ або процесора. За своїми наслідками ці відмови класифікуються на випадкові збої програм і стійкі відмови ПЗ.
Під збоєм ПО розуміють випадкова подія, що полягає у появі «нерозумного» результату у Î Y і зникаюче при наступних прогонах (запусках) програм.
Збій ПЗ - це самоусуваються (перемежовується) відмова програми, що виникає при деяких, можливо випадкових, станах КОМ та інформації х Î Х, спостережуваний користувачем у випадкові моменти часу і зникаючий без втручання програміста.
Стійкий відмову ПО спостерігається у випадковий момент процесорного часу у формі «нерозумного» результату у Î Y при х Î Х в нормальному функціонуванні КОМ.
Причиною відмови ПО служить деяка систематична помилка програми, після усунення якої програмістом даний відмову зникає, тобто має місце відновлення ПЗ.
Розрізняють помилки первинного та вторинного типу.
Помилки первинного типу пов'язані з неточностями в текстах програм і виникають при підготовці носіїв та документації ПЗ, за записах кодів на алгоритмічних мовах і трансляції програм на машинну мову. А також через неточності алгоритмів і при невірних або некоректних постановках розв'язуваних на УВМ обчислювальних завдань.
Помилки вторинного типу багато в чому є наслідком первинних помилок програм. До них відносять помилки:
- Обчислювальні (невірна індексація і підрахунок часових параметрів, розбіжність результату ручного і машинного рахунку, поява нестійких операцій тощо);
- Логічні (пропуск логічних умов, невірні крайові умови та ін)
- Сполучення інтерфейсів (міжмодульних, програмно-технічних, інформаційних).
Помилки первинного та вторинного типів породжуються на етапах розробки специфікацій на ПЗ; проектування ПЗ; реалізації програм.
Усунення помилок або відновлення програм здійснюється програмістом на етапі налагодження ПЗ, який закінчується здачею готових програм в експлуатацію. Однак, як показує досвід дослідження надійності складних ПО, близько половини помилок програм не виявляється на стадії налагодження і здачі ПЗ в експлуатацію. Ці помилки (переважно вторинні) проявляють себе в процесі експлуатації ПЗ у випадкові моменти часу t і приводять до відмов програм.
Відмови ПЗ при його експлуатації мають ряд відмінностей від відмов технічних елементів:
· Відмова ПЗ не приведе до руйнування або пошкодження програмного елемента. Відмови ПЗ не пов'язані з фізичним зносом елементу (зокрема носія програм).
· Відмова ПЗ не коррелирован з процесорним і, тим більше, астрономічним часом (з процесорним часом або числом прогонів ПО програм користувачем).
· При тривалій експлуатації ПЗ всі його помилки можуть бути усунені і програми стають абсолютно надійними. Якщо позначити через N (t) число не виявлених помилок ПЗ в довільний момент процесорного часу t, то формально має місце співвідношення lim N (t) = 0, справедливе за умови, що в процесі відновлення програм до них не вносяться нові помилки.
Досвід створення та експлуатації ПЗ реального часу показує, що при усуненні одних помилок вносяться інші. Тому, при тривалій експлуатації ПЗ, загальне число помилок може залишатися постійним або навіть зростати.
     Для опису надійності ПЗ використовують такі ж функціональні та числові характеристики, як і при дослідженні надійності технічних елементів.
Основні показники надійності ПЗ:
1. Функція ненадійності або відмови ПЗ Q (t) = Вер {того, що відмова ПЗ з'явиться до моменту часу t};
2. Функція надійності ПЗ P (t) = Вер {того, що відмова ПЗ з'явиться після моменту часу t);
3. Інтенсивність відмов ПЗ l (t) = dQ / dt:
4. Середнє напрацювання на відмову ПЗ: t = ò tf (t) dt = ò P (t) dt
Програмне забезпечення АСУТП складається з великої кількості програм, підпрограм і модулів, що знаходяться під управлінням операційної системи реального часу або програми-диспетчера. Виконання кожної з цих програм здійснюється послідовно в часі на одному і тому ж процесорі. Якщо ці програми мають взаємні інформаційні зв'язки або призначені для отримання одного результату y (обчислення однієї функції), то в надійностних відношенні такий програмний комплекс являє собою просту систему без надмірності і ймовірність його безвідмовної роботи дорівнює добутку ймовірностей безвідмовної роботи кожної i-ої програми:

де m - загальна кількість програм.
Надійність такого ПЗ визначається надійністю відмов самої «ненадійною» програми, яка має найбільше значення l, i = 1, m.
Для підвищення надійності нерезервіірованного ПО слід в першу чергу поліпшити характеристики самих «ненадійних» програм (більш жорстке динамічне тестування «ненадійних» програм, розширюючи при цьому набір тестових завдань). Якщо тестування не зменшує інтенсивність прояву помилок, то переписують «ненадійну» програму, прагнучи посилити її структурованість шляхом збільшення числа готових і добре вивчених програмних модулів і стандартних підпрограм і застосування апробованих міжмодульних інтерфейсів. Зниженню інтенсивності l сприяє і перехід на інший вищий мову програмування.
Інший шлях підвищення надійності ПЗ пов'язане з резервуванням та введенням в програмну систему деякої надмірності.
Стосовно ПЗ АСУТП розрізняють три види резервування:
1. тимчасове;
2. інформаційне;
3. Програмне.
Тимчасове резервування ПО полягає в багаторазовому прогоні одних і тих же «ненадійних» програм і порівнянні результатів розрахунку. Таке навантажене резервування дозволяє усувати вплив випадкових збоїв і виявляти випадкові помилки, які потребують відновлення програм.
Інформаційне резервування ПО засновано на дубльованих вихідних і проміжних даних. Ці дані можуть проходити додаткові тільну обробку, наприклад, усереднення, до введення в ПЗ, де вони обробляються один раз; або оброблятися однієї і тієї ж програмою двічі, тобто інформаційне резервування підкріплюється тимчасовим.
Програмне резервування передбачає наявність у ВО двох або більше різних програм для отримання одного й того ж результату у або реалізації однієї функції. Тут можливо навантажене і ненавантаженому резервування.
Резервування програмного забезпечення розподілених АСУТП часто супроводжується апаратурним резервуванням. При відмові ПЗ будь-якої локальної технологічної станції або при виході з ладу технічних засобів цієї станції, операційна система РАСУ передає виконання відповідальних функцій відмовила ЛТС іншої станції.
Рекомендована література для додаткового читання:
1. Балакірєв В.С., Баденіков В.Я. Надійність технічних і програмних засобів автоматизації. Учеб. посібник для ВУЗів. - Ангарськ.: Ангарський технологічний інститут, 1994, - 64 с.
2. Ястребенецький М.А., Іванова Г.М. Надійність АСУТП. Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 264 с.
3. Надійність АСУ: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Я.А. Хетагурова. - М.: Вища школа, 1979. - 287 с.
4. Курочкін Ю.А. Надійність і діагностування цифрових пристроїв і систем. - М.: Вища школа, 1993. - 240 с.
5. Шураков В.В. Надійність програмного забезпечення систем обробки даних. Підручник для ВУЗів. - М.: Фінанси і статистика, 1987. - 272 с.

Лекція 6

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА УМОВ РОБОТИ

АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ

Автоматичні системи, а також їх окремі елементи при експлуатації перебувають під впливом різних факторів, які будемо називати навантаженнями. Характерною особливістю електронних автоматичних систем у порівнянні з механічними системами є велика різноманітність навантажень, що впливають на систему.
За фізичну природу навантаження можна розділити на наступні основні класи:
1) механічні навантаження - вібрації, удар, постійно діючі прискорення;
2) кліматичні навантаження - температура, вологість і волога, атмосферний тиск, сонячна радіація, пил, пісок;
3) електричні навантаження - струм, напруга, що розсіюється потужність;
4) радіоактивні навантаження - потік нейтронів, гамма-променів
Механічні навантаження впливають на автоматичні системи, що працюють на рухомих об'єктах: літальних апаратах, електровозах, кораблях та ін Крім того, механічні навантаження виникають при транспортуванні, а також при експлуатації обладнання.
У результаті впливу механічних навантажень відмови автоматичних систем мають наступний характер:
1) зсув ковзають і обертових деталей і вузлів;
2) обрив елементів;
3) руйнування пайок;
4) руйнування ниток напруження ламп;
5) стукіт контактів;
6) коротке замикання близько розташованих провідників і деталей;
7) розмикання нормально-замкнутих контактів;
8) замикання нормально-розімкнутих контактів;
9) пошкодження обмоток трансформаторів;
10) руйнування елементів конструкції.
Кліматичні навантаження, що впливають на автоматичні системи, залежать від географічного місця, в якому працює система, а також від умов роботи системи (стаціонарні, польові і т. д.).
У результаті впливу кліматичних навантажень відмови автоматичних систем мають наступний характер
1) зміна значень електричних констант (R, L, С і т. д.);
2) розм'якшення ізоляції;
3) зниження еластичності ізоляції;
4) зменшення поверхневого і об'ємного опору ізоляції аж до коротких замикань внаслідок утворення льоду;
5) замерзання рухомих частин;
6) розмикання і замикання контактів внаслідок викривлення;
7) зміна міцності конструкційних елементів;
8) втрата мастильних властивостей, а отже, надмірний механічний знос рухомих частин внаслідок попадання пилу і піску;
9) короткі замикання внаслідок погіршення ізоляційних характеристик повітря із зміною висоти.
Так само, як і у випадку механічних навантажень, кліматичні навантаження в окремих місцях системи можуть значною мірою відрізнятися від їх значень у навколишній атмосфері.
Електричні навантаження зазвичай визначаються для елементів і рідше для вузлів. Величина електричного навантаження залежить від принципової електричної схеми і конструкції системи. Електричне навантаження визначає режим роботи елемента. Для більшості електричних елементів встановлюється номінальне значення електричного навантаження.
Характерними відмовами автоматичних систем внаслідок впливу електричних навантажень є:
1) обрив елементів внаслідок перегорання;
2) коротке замикання елементів в результаті пробою.
Величина електричних навантажень в значній мірі залежить від режиму роботи системи. У сталому режимі роботи дійсне значення навантаження близько до її розрахунковим значенням, завжди меншому, ніж номінальне значення, тому зазвичай коефіцієнт навантаження менше одиниці. У перехідних режимах величина навантаження може в кілька разів перевищувати розрахункове значення, тоді коефіцієнт навантаження стає великим одиниці. Ця обставина характерно для моментів часу включення і виключення автоматичної системи. У цьому випадку звичайно з'являється більше число відмов, ніж при роботі в усталеному режимі.
Радіоактивне випромінювання має місце у випадку застосування автоматичних систем в установках, що використовують термоядерні двигуни. Найбільший вплив на електронні системи надають нейтрони і гамма-промені. При оцінці впливу термоядерного випромінювання на елементи автоматичних систем в першу чергу визначається характер впливу радіації, а потім вже допустима доза радіації.
Короткий розгляд умов роботи автоматичних систем показує, що вони працюють під впливом складного комплексу навантажень. Крім того, завдання аналітичного опису навантажень ускладнюється також і тим, що деякі з них характеризуються кількома параметрами. Наприклад, вібрації характеризуються частотою і амплітудою вібрацій. Завдання можна спростити при припущенні, що для кожного з елементів можна виділити одну або кілька головних навантажень. З цієї точки зору доцільно класифікувати навантаження не з їх фізичну природу, а по їх впливу на систему або її окремі елементи.
Виділимо три класи навантажень:
1) навантаження-напруги;
2) навантаження-каталізатори;
3) пасивні навантаження.
Навантаження-напруги пов'язані зі створенням в елементах або системі напруг. До них віднесемо механічні навантаження - вібрації, удар, прискорення і електричні навантаження - струм, напруга, рассеиваемую потужність. Таким чином, навантаження-напруги викликають руйнування елементів системи в тому випадку, якщо вони перевищують допустимі значення.
Навантаження-каталізатори самі по собі практично не викликають напружень в елементі або системі і, отже, без навантажень-напруг вони не приводять до відмов. Проте навантаження-каталізатори змінюють міцність матеріалів або погіршують фізичні, хімічні та електричні параметри. До цієї групи навантажень віднесемо кліматичні навантаження: температуру, вологість, атмосферний тиск, сонячну радіацію. Дійсно, підвищені температури змінюють, наприклад, міцність матеріалів на розрив; вологість змінює електричну міцність ізоляційних матеріалів і т. д. На додаток до кліматичних навантажень можна іноді віднести і накопичене час роботи системи або число циклів роботи системи. Очевидно, що це може бути зроблено в тих випадках, коли час роботи змінює міцнісні характеристики елементів або системи в цілому.
К, пасивним навантажень слід віднести такі умови роботи системи та елементів, які самі по собі не викликають напружень в елементах системи і не змінюють її здатності протистояти навантаженні, наприклад дія пилу, піску, а також біологічних факторів. Ці навантаження в основному визначають вибір відповідних матеріалів і конструктивних форм елементів і систем.
У більшості випадків навантаження є випадковими функціями часу, тобто представляють випадковий процес.
У найбільш простих випадках можна не враховувати кореляційних зв'язків між різними типами навантажень, тобто вважати навантаження статистично незалежними. Крім того, якщо зміна навантажень у часі є стаціонарним випадковим процесом, можна як кількісних характеристик навантажень використовувати розподілу навантажень як випадкових величин.
Представляє інтерес оцінка, як можливих значень навантажень, так і їх максимальних значень. Для визначення щільності ймовірності навантажень за відомими реалізаціям випадкового процесу (у разі стаціонарного процесу досить знати одну реалізацію протягом тривалого часу) необхідно розділити загальний час спостереження на досить малі інтервали і визначити навантаження в кожному інтервалі.

Рис. 6.1. Щільності ймовірності навантаження та щільності її максимальних значень.
Таким чином може бути побудована функція щільності ймовірності навантаження і щільність ймовірності максимальних значень навантаження в результаті фіксації протягом тривалого відрізка часу максимальних навантажень. Взаємне розташування наведених щільностей ймовірностей показано на рис. 6.1.
Використання для розрахунків надійності автоматичних систем, щільностей ймовірності навантажень ni (Z) і (Zmax), відповідає умові додатка до системи статичних навантажень.

Рекомендована література для додаткового читання:
1. Надійність АСУ. Учеб. посібник для ВУЗів. / Під ред. Я.А. Хетагурова. - М.: Вища школа, 1979. - 287 с.
2. Курочкін Ю.А. Надійність і діагностування цифрових пристроїв і систем. - М.: Вища школа, 1993. - 240 с.
3. Северцев Н.А. Надійність систем в експлуатації і відпрацювання. Підручник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 140 с.

Лекція 7

МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ

АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ.

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ

При створенні та експлуатації автоматичних систем необхідно прагнути забезпечити задану, а іноді і максимальну надійність системи при експлуатації. Проте в практиці створення складних автоматичних систем у більшості випадків не вдається, не тільки отримати максимальну надійність, але і забезпечити навіть при звичайному підході до проектування і експлуатації мінімальну необхідну надійність системи. Тому при створенні та експлуатації систем необхідно приймати спеціальні заходи, спрямовані на підвищення надійності систем. Способи підвищення надійності автоматичних систем дуже різноманітні і вимагають від осіб, що створюють системи, як широких наукових і теоретичних знань, так і інженерного мистецтва, великого досвіду і т. д.
Природно, що детально розглянути все різноманіття заходів і способів підвищення надійності дуже важко і це пов'язано було б з освітленням великої кількості вузьконаправлених завдань. Враховуючи цю обставину, в цьому параграфі будуть розглянуті загальні методи і принципи підвищення надійності автоматичних систем. Вивчення загальних методів і принципів підвищення надійності автоматичних систем має також свої позитивні сторони, щоб забезпечити розвиток правильних і перспективних напрямів створення високонадійних систем, без чого можуть стати малоефективними правильні рішення більш вузьких практичних питань.
У відповідності з трьома головними фазами, які проходить кожна система, будемо розглядати три методи підвищення надійності систем: при проектуванні, виробництві та експлуатації.
Слід зазначити, що тільки об'єднаними заходами на кожній з цих фаз можна добитися високої надійності створюваної і експлуатованої системи. Тим не менш, вирішальний вплив на надійність автоматичних систем надає фаза проектування.
При проектуванні системи вибирається принцип її роботи та структура. Здійснюється конструктивна розробка окремих вузлів і приладів і т. д., Якщо на стадії проектування не будуть враховуватися питання, пов'язані з надійністю системи, і тим більше, якщо будуть допущені неточності, то забезпечити надійність системи за рахунок заходів, прийнятих на двох наступних фазах ( виробництві та експлуатації), дуже важко. Це потребує великих матеріальних витрат, а в деяких випадках навіть практично неможливо. Перш за все, при проектуванні системи необхідно забезпечити необхідний рівень безвідмовності системи.
Проектування системи починається з вибору принципу роботи системи. На цій стадії проектування головна увага має бути звернена на вибір найбільш простої системи, яка має по можливості найменше число елементів і зв'язків між ними. Ця вимога підтверджується тим, що в нерезервованої системи ймовірність відмови системи в першому наближенні пропорційна кількості елементів.
Поряд з вибором простої схеми, оцінюваної наближено за кількістю елементів, великий вплив на безвідмовність системи має вибір стабільної схеми. У стабільній за принципом дії схемою зазвичай спостерігаються мінімальні зв'язку між параметрами окремих елементів, а також забезпечується мінімальний вплив відхилень параметрів елементів на величину помилки у вихідний величиною системи.
Таким чином, вибір простий і стабільної за принципом дії схеми є однією з головних заходів забезпечення високої безвідмовності системи як при раптових, так і при поступових відмовах.
Іноді вибір простий за кількістю елементів і в той же час стабільної схеми пов'язаний з подоланням певних протиріч. Як приклад можна привести завдання проектування підсилювального пристрою системи. Відомо, що для забезпечення стабільності коефіцієнта посилення в автоматичних системах застосовуються негативні зворотні зв'язки.
Застосування негативного зворотного зв'язку для одержання необхідного загального заданого коефіцієнта посилення пов'язано зі збільшенням числа каскадів в розімкнутої ланцюга посилення, тобто зі збільшенням загальної кількості елементів системи. Таким чином, підвищення стабільності коефіцієнта посилення призводить до збільшення потенційної можливості раптової відмови у схемі.
Імовірність відмови нерезервованої системи в першому наближенні дорівнює сумі ймовірностей відмов елементів. Отже, безвідмовність нерезервованої систем залежить не тільки від кількості елементів, але і від якості елементів. Для забезпечення високої безвідмовності при проектуванні системи треба вибирати найбільш якісні і перспективні елементи.
У свою чергу показники безвідмовності елементів залежать у великій мірі від режимів роботи елементів. Тому при проектуванні для підвищення безвідмовності системи режими роботи елементів можна вибирати значно меншими, ніж номінальні, при цьому ступінь зменшення навантажень залежить від конкретних завдань.
Великий вплив на безвідмовність системи надають умови її роботи, а саме: впливають на систему і елементи механічні, кліматичні навантаження і т. д. При проектуванні системи необхідно максимально зменшити вплив зовнішніх і внутрішніх навантажень на систему і її елементи. Це завдання в основному вирішується правильним вибором конструкції вузлів, приладів і системи в цілому.
В якості додаткових конструктивних заходів, що забезпечують підвищення безвідмовності, можна вказати на методи зниження впливу механічних навантажень шляхом застосування спеціальних конструктивних форм пристроїв, амортизаторів і т.д. Вплив кліматичних "навантажень" може бути в значній мірі ослаблено при правильному конструктивному оформленні вузлів і блоків, наприклад, з таким розрахунком, щоб забезпечити підвищену тепловіддачу (штучне охолодження), захист від вологи (герметизація).
При розробці схеми та конструкції повинні також бути передбачені заходи, що дозволяють підвищити надійність системи при експлуатації, а саме: блокова конструкція системи, застосування стандартних і уніфікованих вузлів і блоків, зручність перевірок та обслуговування і ін
Таким чином, на стадії проектування надійність нерезервованої системи забезпечується наступними основними методами:
1) вибором простих і стабільних схем, що враховують також можливості підвищення надійності системи при експлуатації;
2) застосуванням якісних і перспективних елементів і вибором режимів роботи елементів, відповідних зниженим електричним навантаженням;
3) розробкою конструкції системи і приладів, що забезпечує мінімальні навантаження на систему і елементи, а також зручність обслуговування системи.
Рекомендована література для додаткового читання:
1. Надійність АСУ. Учеб. посібник для ВУЗів. / Під ред. Я.А. Хетагурова. - М.: Вища школа, 1979. - 287 с.
2. Курочкін Ю.А. Надійність і діагностування цифрових пристроїв і систем. - М.: Вища школа, 1993. - 240 с.
3. Северцев Н.А. Надійність систем в експлуатації і відпрацювання. Підручник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 140 с.

Лекція 8

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ.

Якщо в результаті проектування нерезервованої системи не вдається забезпечити необхідну безвідмовність, можна застосовувати такі методи підвищення надійності системи при експлуатації:
1) зворотні зв'язки;
2) резервування.
Застосування негативних зворотних зв'язків дозволяє стабілізувати параметри окремих вузлів, блоків і приладів системи, тобто зменшувати ймовірність відмови системи внаслідок поступових відмов. У ряді випадків корисно застосовувати позитивні зворотні зв'язки.
Підвищення надійності виробів і систем може бути досягнуте за допомогою резервування.
Резервування буває інформаційне, тимчасове, функціональне, апаратурне і структурне. Розглянемо два останні види резервування. Апаратурне резервування забезпечується застосуванням декількох однакових пристроїв для досягнення заданої мети, наприклад, прийом і запис унікальної інформації одночасно на 2-3 пристрою. Структурне (схемне) резервування полягає в застосуванні спеціальних схем з'єднань основного і резервного елементів.
Використовують поелементне резервування і резервування всього ланцюга основних елементів (навантажений резерв) (рис. 8.1 а, б). У повністю резервованої системі відмова одного або декількох елементів не призводить до відмови всієї системи. При постійному резервування, яке іноді називають пасивним, резервні пристрою постійно включені в схему, при цьому до моменту ремонту включеними в схему залишаються і відмовили пристрою. Постійне резервування відрізняється простотою схем, можливістю застосування до різних конструкцій (систем, приладів, вузлів, елементів) і навіть до внутріелементним зв'язків. Найбільш ефективно постійне резервування для елементів і внутріелементних зв'язків.
Істотним недоліком постійного резервування є зміна параметрів схеми і режимів роботи при відмовах резервних пристроїв, що в деяких випадках неприпустимо. Певні технічні труднощі зустрічаються також при резервуванні пристроїв, що характеризуються двома типами відмов (обрив і коротке замикання). Крім того, для ряду пристроїв автоматичних систем постійне резервування технічно важко здійснити, а в деяких випадках навіть неможливо.
Як і кожному способу підвищення безвідмовності, пов'язаному із застосуванням більшої кількості елементів, ніж це потрібно функціональною схемою, постійному резервуванню притаманні також недоліки, пов'язані зі збільшенням ваги, обсягу, вартості апаратури і ускладненням експлуатації. Вага системи з постійним резервуванням може бути значно зменшений завдяки застосуванню мікромініатюрних і молекулярних елементів.

Рис. 8.1 Схеми резервування:
а - поелементного; б - спільного; в - поелементного заміщенням; р-т
загального заміщенням; д - мажоритарного; ОЕ - основний елемент;
РЕ - резервний елемент
Резервування з поелементний заміщенням (ненавантажений резерв). Гідність - у збереженні ресурсу резервних елементів. Недолік - в додатковій можливості відмови переключающего елемента (рис. 8.1 в).
Резервування із загальним заміщенням (ненавантажений резерв (рис. 8.1 г)). Загальне правило, яке можна застосовувати в схемном резервування, свідчить: чим дрібніше масштаб резервування, тим більше надійність.
Широко використовується схема мажоритарного резервування, яка носить також назву «схема голосування з трьох за два». Несправний канал автоматично виключається з лінії передачі інформації (рис. 8.1 д).
Резервування здійснюють також із застосуванням логічних схем. Таке резервування називають активним. Застосування логічних схем забезпечує незмінність параметрів схеми при відмовах елементів, підвищує безвідмовність системи при їх використанні для пристроїв, що характеризуються відмовами двох типів, дозволяє зберігати ресурс резервних пристроїв, що знаходяться в режимі очікування в ненавантаженому стані. Резервування з логічними схемами неминуче пов'язане із застосуванням додаткових пристроїв у вигляді індикаторів відмови, перемикачів і т. д.
Надійність автоматичної системи може в значній мірі знизитися також під впливом зовнішніх перешкод, що перемежовуються або самовідновлюються відмов та ін, що призводять до спотворення інформації, що передається. У цих випадках ефективним засобом підвищення надійності систем є застосування, особливо в дискретних інформаційних системах, Самокорегуюча кодів і надмірності переданої інформації. Застосування того чи іншого методу резервування залежить від конкретних умов, від призначення і особливостей роботи системи.
У загальному випадку неможливо застосуванням тільки одного методу резервування добитися високої надійності автоматичної системи. Висока надійність системи може бути забезпечена тільки в результаті комбінованого застосування методів резервування. Одним з напрямків створення високонадійних автоматичних систем на основі комбінованих методів резервування є застосування самоналагоджувальних і систем, що самоорганізуються. За допомогою постійного резервування можна забезпечити функціонування системи з ймовірністю, дуже близька до одиниці. Однак при відмовах резервних елементів значною мірою можуть змінитися вихідні параметри, при цьому відхилення параметрів можуть бути такими, що, незважаючи на відсутність відмови системи, вона не задовольняє вимогам, що пред'являються. Комбіноване застосування постійного резервування і методу самонастроювання параметрів при відмові резервних елементів дозволяє уникнути недоліків, властивих тільки постійному резервування. Ще більші можливості підвищення надійності можуть представитися в результаті застосування систем, що самоорганізуються, у яких при відмовах окремих елементів або зміні зовнішніх умов змінюється структура системи, перерозподіляються функції між її окремими елементами.
Одним з найбільш важливих засобів забезпечення високої безвідмовності системи на стадії експлуатації є суворе дотримання умов технологічних процесів. Дотримання встановлених технологічних процесів повинно починатися з вхідного контролю матеріалів і виробів, вживаних в системі, забезпеченні при необхідності якісної заміни матеріалів. У ряді випадків причиною низької безвідмовності випускаються систем може бути забруднена утримання устаткування і робочих місць. Важливим методом підвищення безвідмовності систем є правильна організація виробничого контролю і рівень культури виробництва.
Особливий шкоди якості системи наноситься прихованими виробничими дефектами в результаті порушення технологічного процесу. Зазвичай приховані дефекти представляють найбільші технічні труднощі при виробничому контролі.
Поряд з виробничим контролем безвідмовність складних систем може бути суттєво підвищена, особливо для початкового періоду експлуатації, проведенням тренувальних випробувань системи (підробітки) у виробничих умовах. Це дозволяє усунути більшість виробничих і прихованих відмов, якщо приробітку системи проходить при більших, порівняно з номінальними, навантаженнями.
Правильна організація експлуатації системи є одним з вирішальних чинників забезпечення високої надійності. Велике значення має і своєчасне проведення профілактичних заходів, що дозволяють попередити появу відмов системи в робочий період часу. Одним із сучасних методів профілактики є прогнозування відмов, що дозволяє своєчасно замінити так звані критичні елементи і тим самим виключити їх відмови. Природно, що повністю виключити відмови в робочий період не вдається, тому необхідно проектувати систему і правила її експлуатації таким чином, щоб забезпечити мінімальний час відновлення відмовила системи. У зв'язку з цим велике значення має розробка схем автоматичної перевірки і виявлення відмов (системи діагностування), а також, якщо це можливо, і схем самовідновлення відмов.
З експлуатаційних факторів важлива роль у підтримці високої надійності автоматичних систем належить обслуговуючому персоналу, його технічної підготовки, досвіду та іншим якостям.
Велике значення для підвищення надійності системи має організація експлуатації, зокрема постачання систем запасними елементами і матеріалами, технічними описами та інструкціями з експлуатації, організація ремонтних органів та ін
Таким чином, висока надійність автоматичних систем може бути забезпечена тільки комплексом методів, що застосовуються на всіх фазах створення та експлуатації системи.
Рекомендована література для додаткового читання:
1. Надійність АСУ. Учеб. посібник для ВУЗів. / Під ред. Я.А. Хетагурова. - М.: Вища школа, 1979. - 287 с.
2. Курочкін Ю.А. Надійність і діагностування цифрових пристроїв і систем. - М.: Вища школа, 1993. - 240 с.
3. Северцев Н.А. Надійність систем в експлуатації і відпрацювання. Підручник для ВУЗів. - М.: Вища школа, 1989. - 140 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Лекція
179.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Комп`ютерне моделювання технологічних процесів харчових виробництв
Автоматизація технологічних процесів
Автоматизація технологічних процесів 2
Автоматизація технологічних процесів у металургії
Регулювання біотехнологічних процесів бродильних виробництв
Автоматизація неруйнівного контролю на складних технологічних об`єктах
Параметри технологічних процесів 2
Параметри технологічних процесів
Безпека обладнання та технологічних процесів
© Усі права захищені
написати до нас