Повреждения и отказы

Важными понятиями в теории надежности и практике эксплуатации технических систем, в том числе вычислительных, являются повреждения и отказы. Понятия «повреждения» и «отказ» относятся к событиям, а не к состояниям, которые были рассмотрены ранее.

Определим терминологию, связанную с отказами.

Отказ {failure) — событие, при наступлении которого объект не способен функционировать так, как это требуется согласно документации на него. Иначе говоря, это потеря способности изделия выполнить требуемую функцию.

Отказ является событием, которое приводит к состоянию неисправности [ 11 (к нарушению работоспособности) объекта.

Ошибка {error) — событие несоответствия между вычисленным, наблюдаемым или измеренным значением или состоянием и истинным, заданным или теоретически правильным значением или состоянием.

Критерий отказа {failure criterion) — заранее оговоренные признаки нарушения работоспособного состояния, по которым принимают решение о факте наступления отказа.

Типичные критерии отказов:

• • прекращение выполнения объектом заданных функций (отказ функционирования);
• • снижение качества функционирования по одному или нескольким параметрам (производительность, мощность, точность и др.) за пределы допускаемого уровня (параметрический отказ);
• • искажения информации на выходе объектов, имеющих в своем составе ЭВМ или другие цифровые устройства;
• • внешние проявления, связанные с наступлением или предпосылками наступления неработоспособного состояния (шум, вибрации, перегрев и др.).

Полный отказ (complete failure) — отказ, характеризующийся потерей способности изделия выполнять все требуемые функции. При полном отказе система теряет работоспособность.

Частичный отказ {partialfailure) — отказ, характеризующийся потерей способности изделия выполнять некоторые, не все требуемые функции. Он является событием, которое приводит к состоянию частичной неисправности. Например, коммутатор ЛВС может функционировать при повреждении некоторых его портов. Персональный компьютер может работать при нарушениях, снижающих скорость вращения вентилятора. Аналого-цифровой преобразователь может использоваться при ошибочности наименее значимых разрядов.

Близким к понятию «частичный отказ» является понятие «повреждение».

Повреждение {damage) — событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. Если при повреждении сохраняется работоспособное состояние системы (объекта), то сохраняется «приемлемая для пользователя неполная способность изделия выполнить требуемую функцию» 111.

Независимый отказ {primary failure) — отказ, не вызванный прямо или косвенно другим отказом или неисправностью.

Зависимый отказ (secondary failure) — отказ, вызванный другим отказом.

Последствия отказа {failure effect) — важность, значимость отказа в пределах или вне пределов изделия.

Систематический отказ {systematicfailure) — отказ, однозначно вызванный определенной причиной, которая может быть устранена только модификацией проекта или производственного процесса, правил эксплуатации и документации. Он может быть воспроизведен путем преднамеренного создания тех же самых условий, например с целью определения причины отказа. Систематический отказ является результатом систематической неисправности.

Сбой {interruption) — самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

После сбоя восстановление работоспособного состояния объекта может быть обеспечено без ремонта, например путем повтора вычислений, повтора передачи пакетов в сети, перезагрузки оператором ЭВМ, отключения и последующего включения сетевого адаптера или модема, выключения электропитания персонального компьютера с его последующим включением.

Характерным примером сбоя служит возобновление работы устаревшего телевизора после удара рукой по его корпусу.

Причина отказа {failure cause) — обстоятельства в ходе разработки, производства или использования, которые привели к отказу.

Механизм отказа {failure mechanism) — физический или химический процесс, который приводит к отказу.

Ошибка человека {human error) — действие человека, приведшее к непреднамеренному результату.

Отказ вследствие изнашивания {wear-outfailure) — отказ, вероятность возникновения которого возрастает с течением времени из-за накапливаемых ухудшений, вызванных прилагаемыми при использовании нагрузками.

Отказ вследствие старения {ageing failure) — отказ, вероятность возникновения которого увеличивается из-за накапливающихся ухудшений с течением календарного времени.

Отказы по общей причине {common cause failures) — отказы различных изделий или их составных частей, происходящие из-за одного события, если эти отказы не являются следствиями друг друга.

Отказы общего вида {common mode failures) — отказы различных изделий или их составных частей, характеризующиеся одним и тем же видом отказа. Они могут иметь различные причины, в том числе быть отказами по общей причине.

Проявление скрытой неисправности {manifestation of a latent fault) —

отказ, который указывает на существование скрытой неисправности.

Критичность отказа {failure criticality) — степень тяжести последствий отказа в соответствии с установленными критериями оценки и категориями.

При классификации отказов по критичности выделяются катастрофический, критический, некритический. Классификация устанавливается нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией по согласованию с заказчиком на основании технико-экономических соображений и требований безопасности.

Критический отказ (critical failure) — отказ, который может привести к тяжелым последствиям: для здоровья людей, значительному материальному ущербу или неприемлемым экологическим или экономическим последствиям. Для ИВС ответственного назначения в ряде случаев к критическим отказам могут быть отнесены отказы, вызывающие потерю невосполнимых данных, которая приводит к значительным экономическим потерям. Для управляющих систем реального времени к критическим отказам могут быть отнесены отказы, приводящие к невозможности формирования управляющих воздействий в требуемые сроки.

Причинами отказа могут быть просчеты, допущенные при проектировании, дефекты производства, нарушения правил и норм эксплуатации, повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения.

Признаки отказа или повреждения оказывают непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя (оператора) с помощью явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта или процессов, с ними связанных.

Характер отказа или повреждения определяют конкретные изменения, происшедшие в объекте.

К последствиям отказа или повреждения относятся явления и события, возникшие после отказа или повреждения и находящиеся в непосредственной причинной связи с ним.

По проявлению могут быть отказы:

• • функционирования (выполнение основных функций объектом прекращается: например, отказ процессора);
• • параметрические (некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах: например, точность, время решения задачи).

По своей природе отказы могут быть:

• случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т.и.;

Рис. 1.10. Классификация отказов.

• систематические, обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.

Основные признаки классификации отказов.

• • постепенность проявления (возникновения);
• • причина возникновения;
• • зависимость (связь) с отказами других элементов;
• • характер проявления;
• • дальнейшее использование объекта после отказа;
• • возможность (легкость) обнаружения;
• • критичность отказов.

Классификация отказов объектов приведена на рис. 1.10.