РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАДЕЖНОСТИ КОМПЛЕКСОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ДОСТОВЕРНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

РТМ 25 212-86 Часть 6

1987

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ ДИРЕКТИВНЫМ УКАЗАНИЕМ Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления от 31 декабря 1986 г. № 24-6/6-14434

ИСПОЛНИТЕЛИ:

СОГЛАСОВАНО:

А. Н. Зажарский, к. т. н. (руководитель темы), М. П. Петроченко, к. т. н. (ответственный исполнитель), С. Б. Михалев, член-корр. АН БССР, д. т. н., Ю. Г. Сидоров, к. т. н., И. А. Усович, А. М. Калистратова

Начальник Главсистемпрома А. В. Долганов Директор НИИстандартприбора В. П. Минаев

g) Централ* институт о*

проектно-технологический Ая (ЦНИИТУ), 1987

FDA 25 212-86 ч.б Стр. ^fJ

4Л.2. Весовой коэффициент    отражает    важность    соот

у (Г    i

ветствующей компоненты ИАСУ и задается экспортно представителями заказчика и разработчика ИАСУ. При этом сумма весовых коэффициентов рассматриваемых компонент ИАСУ должна равняться единице:

ч.

4.2. Оценка надежности КТС компонент ИАСУ информационного типа (АСУП, АСПР)

4.2.1. Значение коэффициента сохранения эффективности КТС АСУП и АСПР определяется выражением (4):

( 4 )

где    - весовой коэффициент j -й функции (задачи);

К_(Ц- коэффициент сохранения эффективности контура обслуживания j -й функции ( j -го контура обслуживания).

4.2.2. представляет собой относительный вес j -й функции в общем объеме функций, выполняемых АСУ за рассматриваемый период времени    _у    и    определяется    выражением    (5):

( 5 )

flj - колич тгво выполнения j -й функции (решений j -й задачи) за рассматриваемый период времени "t

4.2.3. В зависимости от вида соединения, с точки зрения надежности элементов j -го контура обслуживания,значения (t) определяется выражениями (6) - для последовательного соединения (черт. I), (7) - для раздельного соединения (черт. 3):

( 6 )

( 7 )

где к - коэффициент оперативной готовности i -го элемента J -го контура обслуживания;

V^iJ - вероятность нахождения j -го контура обслуживания в I чл состоянии работоспособности в течение времени 't 1

-    доля выполнений J -й функции, реализуемых J -м контуром обслуживания в l-м состоянии работоспособности (при отказе i-го элемента), от общего объема выполнений j -й функции;:

-    произведение по всем I Выражение (7) отражает тот факт, что в отличие от последовательного соединения элементов, где отказ любого элемента приводит к полному отказу контура обслуживания, в раздельном соединении при выходе из строя элемента наступает частичный отказ.

При этом не выполняется лишь та часть объема j -й функции, которая поступает на отказавший элемент.

4.2.4. Значение Wji, рассчитывается по формуле 18):

' Sa

-    интенсивность поступления задач t-й элемент j-ro КО;

-    интенсивность поступления задач

^orji

ИМ 25 212-86 ч.б Стр. II

значение его коэффициента готовности K_flr^₄ f't) определяется по РШ 25 376-80 как для параллельного соединения основного и резервных элементов (см.черт. 2) с учетом количества резервных элементов и вида резерва. Бее остальные возможные виды соединений элементов в функционально-надежностных схемах контуров обслуживания КТО АСУ приводится к изображенным на черт. I, 2 и 3 видам.

4.2.7.    (t)    есть    вероятность    того,    что    1-й    элемент

] -го КО отказал, а остальные элементы контура находятся в работоспособном состоянии:

4.3, Оценка надежности КТО компонент ПАСУ информационно-управляющего типа (АСУ ТП, АСУ ГПС)

4.3.1.    Расчет значения коэффициента сохранения эффективности 1СГС АСУ ТП и АСУ ГПС производится по формуле (4). При этом значения Km'* ) рассчитываются с помощью выражения (6), т.е. как для контуров обслуживания с последовательным соединением элементов.

4.3.2.    Сели заданы дополнительные требования к надежности выполнения отдельных функций по показателям^. ,T|j ,

то расчет их значений необходимо проводить по РШ 25 376-60.

При этом рекомендуется использовать А -метод с основными расчетными формулами (II) и (12), взятыми из РШ 25 376-00 и приведенными в принятых здесь обозначениях:

_J__

т ~ 2. т ¹

<м VI ¹ ct

WfTt-

Стр. 12 РТМ 25 212-86 ч.б

Схема последовательного соединения элементов j -го контура обслуживания

]D-----ч i 1-----4Z&    -Н~

Черт. I

Схема параллельного соединения элементов J -го контура обслуживания

СО

Черт. 2

Схема раздельного соединения элементов j -го контура обслуживания

Черт. 3

РЫ 25 212-86 ч.б Стр. 13

4.4. Учет достоверности преобразования информации

4.4Л. Изложенный выше метод расчета параметров надежности КТО учитывает только безотказность и ремонтопригодность технических средств. Для учета достоверности преобразования информации в расчетах необходимо учесть вероятность безошибочного выполнения функции, определиемую сбоями технических средств и ошибками, вносимыми персоналом.

к

с помощью выраже-

4.4.2. Учет достоверности преобразования информации КТО производится перерасчетом значения ния (13):

‘^13>

где

К ft)- коэффициент готовности I -го элемента j -го КО, рассчитанный по (2) (без учета достоверности

R

преобразования информации);

J^L

- вероятность безошибочного выполнения всей совокупности операций по реализации j -й функции на L -м

элементе.

4.4.4, Значение Ri

4.4.3. Оценка безошибочности выполнения функций управления основывается на идее накопления ошибок по операциям преобразования и обработки информации с учетом влияния входного и операционного контроля, т.е. считается, что появление ошибок на отдельных операциях - события независимые, а обнаруженные ошибки исправляются.

определяется выражением (14):

R.. Ч-P.. «1-д

JC    Ji    Hji

м*

( 14 )

гл. р;

вероятность г.оязления необнаруженной сшибки в выходной информации с I -го типа ТС по J -й функции;

М ^ - математическое ожидание числа ошибок в вводной информации Ь -го ТС по j -й функции;

0|_t - объем выходной информации с I -го ТС по j -й функции.

4,4.5. Выражения для определения Мц приведены в табл. 3.

1 ^ 2 *

Б формулах табл. 3    -    эффективность    соответственно

входного и операционного контроля, т.е. доля обнаружения с помоац>ю контроля ошибок на I -м ТС по у-й функции; и/^ - частота (вероятность) появления ошибок на i-м ТС при обработке информации по j -й функции.

4,4.6. Расчет ^(■рдля ТС, у которых безошибочность обра—

я

ботки информации определяется действиями человека-оператора, производится по PTi 25 677-84.

4,5, Порядок проведения оценки надежности КТС ИАСУ

4.5.1.    Оценка надежности КТС ИАСУ включает последовательное определение значений K^("fc) для каждой компоненты ПАСУ по выражению (4) и затем вычисление ("t) для всей ИАСУ по формуле (3). Алгоритм расчета (4:) приведен на черт. 4.

4.5.2.    Определение значений К ^ ("fc) начинается с выделением контуров обслуживания каждой рассматриваемой функции и составления схем надежности выбранного КО. При этом элементы КО. отказ которых приводит к полному отказу функции, образуют последовательное соединение; резервируемые элементы - параллельное соединение; элементы, отказы которых приводят к потере некоторого объема выполняемых функций (числа решений задач) - раздельное соединение (см.черт. 1-3).

FM 2b 212-86 ч«6 Crp.Ib

Таблица 3

Выражения для определения математического ожидания числа ошибок

Вид технологи- ! Ожидаемое число ошибок
(контроль ин- 1 (формации от- 1 (сутствует 1 I	1 входной 1 | контроль 1 1 на i-м 1 1 ТС !	1 контроль при ! обработке на ! t-м ТС
I. Последователь-
ная обработка отдельными ТС
щэ % гНЬ Цч	tJ'lj
2* ТС переда		*F& '
ют информацию М.п£МП f одному ТС (раз- * * *	^ Гл
дельное соеди- , л /Т некие) #	xH-p+fyiJg
Л. (ТП
nf
3. Одно ТС передает информацию /1 tJL ТС (параллель- rt J ffiLuT* нов соединение) П/'-V 1		‘И^'Р
, 1 £±Э п С& Т ft. ЛГ |

PTM 25 212-86 ч.б Стр. 17

4.5.3* Следующий этап - расчет весовых коэффициентов"^' и значений коэффициента сохранения эффективности каждой функции по формулам (5), (6) или (7) соответственно.

При этом, если требуется учет достоверности преобразования информации, значения коэффициентов оперативной готовности каждого элемента j -го контура обслуживания %.(*> определяются по формуле (13). Затем определяется значение коэффициента сохранения эффективности КТО |)-й компоненты кАСУ ^квд<±) по формуле (4).

Результаты расчетов Заносятся в таблицу, пример заполнения которой приведен в табл. 4.

4.5.4.    Расчеты завершаются вычислением коэффициента сохранения эффективности КТС ИАСУ К (t) по формуле (3). Результаты заносятся в таблицу, пример заполнения которой приведен в табл. 5.

4.5.5.    Пример оценки надежности КТС ЙАСУ приведен в справочном приложении 2.

4.6.    Анализ результатов оценки надежности

4.6.    Г. Полученное расчетное значение Kyp{“k) указы

вает долю выполненных функций (решенных задач) за рассматриваемый период времени "Ь . Ведичина ( 1*-К    (“fc)    )

есть доля теряемых (нерешенных) функций (задач) из-за ненадежности элементов КТС.

4.6.2. й!сли необходимо проанализировать надежность выполнения отдельных функций или отдельных компонент ИАСУ, то пользуются промежуточными результатами расчетов - эначе-

Стр. 16 РШ 25 212-86 ч.б Алгоритм расчёта коэффициента сохранения эффективности ИАСу

Черт .4

Тиб лица 4

Показатели надежности КТС у -й компоненты ИАСУ

Номер IВесовой коэффипи-1 Коэффициент!Коэффициент !Коэффициент КО,    1ент    J -й    функ-    Iоперативной!сохранения !сохранения

;    1ции,    ⁹    (готовности I эффективности I эффективности

У    I    и,    I j-го КО, I /-Й функции.1>)-й компонен-

! V    IJ //. ’ ! >    /,,    МтыИАСУ.

I_\X,_PjM    1/lWJ

I 0,25 0,9725 0,9725 _ 2 • 0,09 0,9836 0,9858 - • • 12 0,31 0,9631 0,9631 0,9622

Таблица 5 Показатели надежности КТС ИАСУ

Номер I Наименование компоненты (Весовой    (Коэффициент (Коэффи-

компо-I    ИАСУ    (коэффициент(сохранения (циент

ненты I    '-------------- '    ---------- ¹-------

ИАСУ,

i)

I компоненты,I эффективно-1сохране-I    ш    (сти т) -Й ! ния эф-

I    Тд    I компоненты,Iфектив-

(    I    1/    ,±х    (ности

|    1    Пэ_ф$(Т/    |ИАСУ>

|_|__' н,»Л)

1    АСУ основнш производством    0,2    0,9622

2 АСПР ТПП    0,2    0,9731

7 АСУ ГПС механического уча -

стка цеха # 3    0,3    0,9742

0,9642

руководил технический материал

PTV 25 212-86 Часть 6 Взамен РШ 25 212-76

интеГРИровашые автоматизированные; системы

УПРАВЛЕНИЯ. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ю РАЗРАБОТКЕ; ТЕХНИЧЕСКОГО обеспечения.

методика оценки и ОБЕСПЕЧЕНИЯ параметров НАДЕЖНОСТИ КОМПЛЕКСОВ технических средств И ДОСТОВЕРНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ информации

Директивным указанием Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления от ЗГ декабря I960 г.

Ш 24-6/6-14434 срок действия установлен с    01,07,    1987    г,

до    01.07.    1992    г.

Настоящий РТМ распространяется на комплексы технических средств автоматизированных систем интегрированного многоуровневого управления (ИАСУ), автоматизированных систем управления (АСУ) организационно-экономическими процессами, АСУ технологическими процессами, АСУ гибкими производственными системами, автоматизированных систем проектирования.

PTV устанавливает методику выполнения проектных работ по заданию требований к надежности и расчету их количественных значений, разработке мероприятий по обеспечению надежности КТС автоматизированных систем. РТМ является рекомендательным доку

ментом.

FW 25 212-86 ч.б Стр.19

ниями    , которые указывают долю

выполненных функций j -го типа и функций |/ -й компоненты ИАСУ соответственно. Такой анализ позволяет вскрыть узкие,с точки зрения надежности, места и при необходимости повысить надежность введением структурного, временного, функционального резервов, а также сокращением периода ремонтно-профилактических работ. Решение о проведении таких мероприятий принимаются на основе сравнения полученных значений

с заданными в ТЗ.

4.6.3.    Резервирование наиболее ненадежных или загруженных элементов КТС позволяет существенно увеличить значение их коэффициента оперативной готовности и, соответственно, повысить надежность всего КТС.

4.6.4.    Надежность КТС как отдельных компонент ИАСУ_Г так и системы в целом, можно повысить также изменением регламента проведения ремонтно-профилактических работ. Значение

рассматриваемого периода времени и , для которого рас считывается К__i (“Ь)    » интерпретируется как период ме.к-

t

к> <*>

ду профилактическими работами. В случае, если значение K*tt) ниже заданного в ТЗ, последовательно сокращают значение , каждый раз производя перерасчет K^Ct) для каждого "t , до тех пор, пока значение коэффициента не станет удовлетворительным. При этом снижение коэффициента загрузки 3UH не должно быть ниже уровня, установленного Госпланом СССР. Новое значение    устанавливается    *ак    период

проведения профилактических работ для данной ^ ~й компоненты ИАСУ.

I. общий: положения

1.1.    Интегрированные автоматизированные системы управления с точки зрения надежности - иерархические, многофункциональные, многокомпонентные, нногорежимные, восстанавливаемые неоднородные системы длительного пользования, реализующие сложные алгоритмы управления.

Комплекс технических средств ИАСУ является технической базой этих систем и представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих средств вычислительной техники, объединенных единством цели управления.

1.2.    В ИАСУ с учетом ГОСТ 26228-85 может быть ввделено до пяти уровней иерархии управления: предприятием, цехом, производственным участком, производственной линией, отдельным производственным модулем.

В число компонент ИАСУ входят системы управления информационного типа - АСУ организационно-экономическими процессами (АСУП), автоматизированные системы проектирования (АСПР) и системы ин-формационно-управляющего типа - АСУ технологическими процессами, АСУ гибкими производственными системами (АСУ ГПС).

1.3.    Надежность ИАСУ - это способность системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах при заданных условиях эксплуатации.

Под функцией понимается составляющая алгоритма управления, выполняющая самостоятельную роль, например, отдельная задача или комплекс задач, входящих в ту или иную функциональную подсистему АСУ. Функции могут существенно различаться по сложности реализации и их роли в управляемом процессе, по техническим и

PM 25 212-86 ч.б Стр.З

кономическим последствиям отказов.

1.4.    Выполнение каждой функции осуществляется одним или несколькими элементами КТО. Элемент - это условно неделимая при оценке надежности часть КТС, как правило, отдельное техническое средство (ТС), входящее в КТС. Один элемент может участвовать в выполнении нескольких функций.

Совокупность элементов, участвующих в выполнении отдельной функции, образует контур обслуживания (КО). Число КО соответствует числу рассматриваемых функций.

1.5.    Отказом функции, учитываемым при оценке надежности КТС ИАСУ и ее компонент, считается полная потеря способности системы выполнять эту функцию или нарушение хотя бы одного из требований, предъявляемых к качеству выполнения функции при заданных условиях эксплуатации системы управления и нормально функционирующем объекте управления.

1.6.    Отказы функции вызваны отказами соответствующего КО.

Для КО ИАСУ характерны как полные, так и частичные отказы. Отказ КО - это частичная или полная утрата свойств, которая снижает работоспособность (частичный отказ) или приводит к полной ее утрате (полный отказ). Частичные отказы КО вызывают снижение эффективности работы КО и качества выполнения соответствующей функции АСУ. Полные отказы КО приводят к отказу функции.

Характер отказа КО соответствует состояниям работоспособности контура и определяется отказами элементов КО. Число состояний работоспособности определяется числом входящих в контур элементов (    )    и    в общем случае равно 2    .    Для сокращения количества рас

сматриваемых состояний предлагается исключить из рассмотрения маловероятные состояния, в первую очередь, одновременный отказ двух и более элементов.

1.7.    Кроне того, для обеспечения простоты и сокращения трудоемкости расчетов предлагается считать потоки отказов и восстановлений КТО и его элекектов стационарными и ординарными, законы распределения вероятностей отказов - экспоненциальными, что хоро-ао согласуется с реальнши условиями функционирования КТС.

1.8.    Требования к надежности КТС ИАСУ задаются на систему в целом и затем распределяются по ее составляющим компонентам (АСУП, АСПР, АСУ ТП, АСУ ГПС). Установление требований производится совместно с заказчиком на этапе разработки технических заданий на ИАСУ и ее компоненты. При необходимости они могут уточняться в процессе проектирования и опытной эксплуатации АСУ.

На этапе разработки технического задания должна быть разработана программа работ по обеспечению надежности разрабатываемой АСУ, определяющая состав и содержание работ и прилагаемая к ТЗ на систему (см.рекомендуемое приложение I).

Расчет параметров надежности производится на этапе разработки технического проекта и оформляется отдельным документом "Проектная оценка надежности КТС" либо в виде соответствующего раздела документа "Описание КГС" согласно ГОСТ 24.206-80.

2. ПОКАЗАТЕЛИ НАД^КНОСта КТС ИАСУ

2.1. Номенклатура показателей надежности ИАСУ и ее компонент определяется в соответствии с ГОСТ 27.003-83, ГОСТ 24.701-86 и включает единичные и комплексные показатели.

В качестве единичных используются:

средняя наработка на отказ - T_Q;

среднее время восстановления - Т_в;

вероятность безотказной работы за время ~Ь - Р(“£).

В качестве комплексных показателей используются:

РШ 25 212-86 ч.б Стр.5

коэффициент готовности - К_р;

коэффициент оперативной готовности за время “£ - K^l't);

коэффициент технического использования - К_ти;

коэффициент сохранения эффективности за время ~Ь -

^!W*^K

Эти показатели характеризуют безотказность и ремонтопригодность, оценка которых обязательна для всех компонент ИАСУ.

П отдельных случаях может оцениваться долговечность fCPC, характеризуемая показателем - срок службы (Т_с).

2.2.    Показатели T_Q, Т_в, PC *6), К_р, К_ор(^) предназначены для задания требований и оценки надежности отдельных технических средств, а также надежности выполнения отдельной функции (контура обслуживания). Надежность всего КТО ИАСУ и ее компонент* например, АСУ ГПС, оценивается показателем

2.3.    Физический смысл показателей Т_в, T_Q, р(*) не требует пояснений. Коэффициент готовности характеризует вероятность (долю времени) работоспособного состояния элемента и определяется выражением ( I ):

( I )

ЧГ I в

Физический смысл коэффициента оперативной готовности -вероятность того, что к моменту начала выполнения функции система (элемент) будет находиться в работоспособном состоянии и останется в нем в течение времени ;

K,rt)=K_r- prt).

2.4. Коэффициент сохранения эффективности отражает снижение эффективности Функционирования сиотеин м-эа ненадежности

ее элементов. Для КТС И АСУ и ее компснечт коэффициент сохраче-

ния эффективности - это доля выполняемых реальным КТС функций (задач, заявок и т.п.) в течение заданного времени ~Ь от объема функций, выполняемых за тот же период абсолютно надежным КТС. Иначе, K^( "fc ) есть вероятность выполнения КТС заданного объема функций.

ticли в общем объеме функций системы имеют функции, оказывающие либо доминирующее, либо слабое влияние на общий выходной эффект системы, то для упрощения расчетов могут учитываться только доминирующие (основные) функции.

Для АСУ информационного типа (АСУП, АСПР) в качестве рассматриваемого периода времени рекомендуется выбирать отрезок времени, соответствующий максимальному периоду решаемых в системе задач (для пакетного режима обработки), либо периоду пиковой нагрузки (для режимов реального времени) - сутки, неделя, месяц, квартал•

Для АСУ информационно-управляющего типа (АСУ ТП, АСУ ШС) значение рассматриваемого периода времени рекомендуется выбирать из ряда 4: * £l,8,I6,24j час.

3. ИСХОДНЫЕ ДАНИИ

3.1. Для расчета параметров надежности КТС ИАСУ необходимы следующие исходные данные: перечень компонент ИАСУ;

перечень функций и признаки отказов по каждой функции; описание структуры КТС ИАСУ и ее компонент, условий эксплуатации, режимов работы КТС и отдельных технических средств;

алгоритмы выполнения отдельных функций с привязкой к структуре КТС (порядок взаимодействия ТС при выполнении функции);

параметры надежности каждого элемента КТС (значения каждого ТС);

PTM 25 212-86 ч.б Стр. 7

3.2.    Исходные данные для расчета представляются в таблицах, примеры заполнения которых приведены в табл. I, 2.

3.3.    При проведении оценки надежности КТО ИАСУ устанавливается выполнение заданных в технической задании (13) на АСУ требований к параметрам надежности системы и ее компонент:

, а также к надежности выполнения

отдельных функций:

Задание в 13 требуемого значения 'Ь ) обязательно, требования к остальным параметрам могут устанавливаться в процессе разработки системы.

3.4. В качестве значений *7i _#Т"54    следует использовать

их паспортные значения, либо значения, полученные в результате надежностных испытаний. При этом, если сбои ТС приводят к полному или частичному отказу контура обслуживания, в который входит данное ТС, то необходимо использовать значения    ,

для сбоев.

4. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ КТС ИАСУ

4Л. Оценка надежности КТС ИАСУ 4Л.1. Поскольку общий эффект функционирования ИАСУ складывается из эффектов, вносимых компонентами ИАСУ, то значение коэффициента сохранения эффективности для всей системы рассчитывается по формуле ( 3 ):

к^ск)^^ • К*, ft),    (3)

где ^ - весовой коэффициент (вес) ^-й компоненты ИАСУ; (C l) — коэффициент сохранения эффект: внести Ц -Я

Л*

компоненты ИАСУ (например, АСУП);

X - сумма по всем ^    •

У#

Таблица I

Перечень технических средств ИАСУ и их характеристики

НомерГГип технического 3 Наработка I Среднее вре- [Коэффициент ТС Iсредства Скол) ! на отказ, I мя восстанов-!готовности* !    !    Т_а (4) I дения_#Тл/гУ I Ий

I    Ш-В401    400    I    0,998

31    ИС-8501    500    I    0,097

Характеристики функций (решаемых задач)

Таблица 2

Номер1 Наименование функции!Интенсивность!Номер !Номер !Интен-I (задачи) ! решений, I обслуживобслу-1сивность 1 I с (вающего!живаю-!поступ-! 1 ^ !контуру!щего !ления на ! 1 I ! элеыен-1 элемент, ! 1 ! / !та,^ ! Sji 1 Расчет плана за сутки 1/сутки I 2 1/сутки г Расчет результатов рабо о 1/сутки . ты за сутки 1/сутки I 2 1/сутки • 9 27 Отладка программ поль зователей Ю/час 15 25 2/час 26 5/час 27 3/час 29 Ю/час 30 Ю/час