Надежность технических средств
Введение
Одна из основных причин широкого применения РВС в АСУ производством – их высокая надежность. При делении системы на ряд автономно работающих ЛВС сбой в одной машине не влечет за собой отказ всей системы. Для того чтобы система функционировала непрерывно, необходимо иметь не только резервные средства обработки, но и обеспечить надежность всей системы в целом – от датчиков до исполнительных органов, поскольку ЭВМ, получающая неверную информацию от датчиков, даже при ее полной исправности может принести больший ущерб, чем просто неисправная ЭВМ. Поэтому главная цель мероприятий по повышению надежности - обеспечение непрерывной работы системы, на которую не должны влиять ни ошибки, ни сбои.
Жизнеспособность вычислительного комплекса
Практика внедрения информационных, управляющих и других систем реального времени показывает, что недооценка жизнеспособности системы на стадии ее проектирования ведет порой к катастрофическим результатам - провалу всего проекта.
В отличие от систем пакетной обработки, рассматривавшихся ранее, к комплексам технических систем реального времени (СРВ) предъявляются дополнительные требования, связанные с особенностью данных систем, а именно: комплексы программ, работающие в реальном масштабе времени, обмениваются данными многими различными способами как в одной ЭВМ, так и по линиям связи, образуя сложные интерфейсы; сообщения поступают в систему независимо друг от друга и в случайные моменты времени; нарушение связи между программными модулями или ошибка в данных даже в одной ЭВМ могут вызвать непоправимые нарушения и не только в работе остальных входящих в вычислительную систему ЭВМ и периферийного оборудования, но и в деятельности всего предприятия или даже объединения, эксплуатирующего данную систему управления. Тем не менее, при всей очевидной важности проблемы обеспечения жизнеспособности комплекса технических средств при проектировании и создании АСУ различного профиля, данный вопрос редко когда решается более серьезно, чем простым резервированием некоторых наиболее "ненадежных", с точки зрения разработчиков, технических средств.
Рассмотрим компоненты, определяющие жизнеспособность вычислительной системы.
Жизнеспособность является интегральной мерой возможностей системы, которая количественно связывает три следующих фактора: надежность, ремонтопригодность и технические возможности оборудования.
Надежность в приложении к ВС часто количественно определяют средним временем между отказами (СВМО) или наработкой на отказ, т.е. как ожидаемое время между ближайшими последовательными сочетаниями событий, приводящих к отказу.
Ремонтопригодность статистически выражается средним временем восстановления (СВВ), которое необходимо для того, чтобы устранить те причины, которые привели к возникновению отказа.
Технические возможности системы определяются как степень удовлетворения системой требований со стороны задач, для решения которых она предназначена.
В основе высокой жизнеспособности КТС лежит его способность "деградировать" постепенно, т.е. способность продолжать свое хотя бы частичное функционирование, несмотря на то, что со временем технические параметры устройств ухудшаются, до тех пор, пока не перестанет работать его основное ядро.
Среднее время между отказами
Используя СВМО, можно характеризовать надежность от отдельных элементов до системы в целом. При этом для оценки СВМО используют перечень приводящих к отказу событий и функцию, описывающую вероятность наступления таких событий. Надежность выражается СВМО, измеряемым в часах или его обратной величиной – частотой отказов.
По мере сборки блоков из элементов вплоть до устройства в целом все сложнее становится идентификация событий, составляющих отказ. Тем не менее в большинстве случаев можно применить эффективные меры для выяснения того, произошел отказ в системе или нет. Такие меры составляют важную часть технических условий на систему.
Основная трудность, с которой сталкивается проектировщик АСУ при определении надежности технических средств, заключается в том, что расчетные данные достоверны лишь в той степени, в какой достоверны принятые исходные значения частоты отказов элементов. Серийно выпускаемые в настоящее время элементы вычислительных систем и средств автоматизации имеют достаточно высокую надежность (например, частота отказов интегральных микросхем составляет от 0,01 до 0,4 отказа на миллион часов работы). В силу этого достоверные данные по надежности отдельных устройств и системы могут быть получены только после длительных испытаний.
Кроме того, само понятие отказа вычислительной системы нуждается в уточнении. Различают отказы элементов системы и отказы системы с точки зрения пользователя. Данные об отказах первого типа, как было отмечено, содержатся в паспортных данных. Отказы второго типа не всегда вызываются отказами компонентов системы. Причинами системных отказов, с точки зрения пользователя, могут быть не только перемежающиеся отказы и сбои в работе компонентов, но также отказы программного обеспечения. Поэтому не всегда верна трактовка отказа системы, заключающаяся в том, что дефектный компонент дает всего один отказ, приводящий к системному, после чего он заменяется. Ниже приведен пример ситуации (табл. 1), когда 50 дефектных компонентов привели к 150 случаям вызова наладчиков и инженерного персонала пользователями системы, кроме того, к 50 случаям бесполезного поиска неисправных компонентов и 100 случаям замены компонентов, половина из которых на самом деле исправны.
Таблица 1
Значение СВМО системы зависит в определенной мере от пользователей; некоторые из них при отказе перезапускают ее процедурами рестарта, в то время как другие прибегают к помощи наладчиков и требуют поиска неисправностей. В результате, с точки зрения пользователя, СВМО системы окажется отличным от рассчитанного разработчиком и указанного в технической документации.