ГОСТ Р МЭК 61078-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Надежность в технике. Структурная схема надежности

3 Термины и определения

 

В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60050-192, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 структурная схема надежности RBD (reliability block diagram RBD): Логическое, графическое представление системы, показывающее, как состояния успеха ее подсистем (представленных блоками) и их комбинации влияют на состояние успеха системы.

Примечание 1 - Метод RBD был разработан в то время, когда термин "безотказность объекта" использовался как общий термин, характеризующий успешное функционирование, то есть надежность объекта. Этот общий термин теперь заменен термином "надежность объекта". Он используется в таких выражениях, как "разработка надежности", "исследование надежности", "структурная схема надежности". Термин "надежность", используемый в RBD, не означает, что этот метод позволяет напрямую рассчитывать показатель надежности сложной системы по показателям надежности составляющих ее блоков (см. 10.3.1.4).

Примечание 2 - RBD - ориентированный ациклический граф (т.е. граф без петель), представляющий логические связи между состоянием успеха системы и состоянием успеха составляющих ее блоков. Эта логическая структура в основном представлена простыми последовательными и параллельными графическими структурами (см. разделы 4 и 7).

Примечание 3 - Метод RBD может быть расширен для представления систем с несколькими состояниями (т.е. имеющих более двух состояний), но эти расширения не могут быть обработаны в структуре булевой логики.

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-11-03, термин модифицирован, добавлены примечания]

3.2 булева модель (Boolean related model): Математическая модель, в которой состояние системы представлено логической функцией булевых переменных, представляющих состояния компонентов системы.

Примечание - Булева переменная a имеет только два значения, логическая функция нескольких булевых переменных также имеет только два значения. Эти два значения могут быть, например, {0, 1}, {работоспособное состояние и неработоспособное состояние}, {истина, ложь}, {работа, отказ} и т.д. Основная математика, лежащая в основе логических функций, - это булева алгебра.

 

3.3 RBD-управляемый марковский процесс (RBD driven Markov process): Марковский процесс, моделируемый RBD, состоящий из блоков, моделируемых отдельными субмарковскими моделями, не зависящими друг от друга.

Примечание 1 - Лежащая в основе RBD логика позволяет объединить индивидуальные коэффициенты готовности блоков для вычисления коэффициента готовности системы. Если блок моделируют небольшими индивидуальными марковскими процессами (например, с количеством состояний менее 10), RBD эквивалентна марковскому процессу, соответствующему системе, имеющей миллионы состояний. Это является основой большинства вероятностных расчетов, выполняемых с помощью RBD. Такой марковский процесс, построенный с использованием RBD, называется "RBD-управляемым марковским процессом".

Примечание 2 - Независимый марковский процесс разработан в [2].

 

3.4 динамическая RBD; DRBD (dynamic RBD, DRBD): Структурная схема надежности, где предположение о независимости блоков не выполнено.

3.5 некогерентная RBD (non-coherent RBD): Структурная схема надежности, моделирующая немонотонную логическую функцию.

Примечание 1 - Некогерентная RBD - это RBD, где блоки могут появляться как в прямом, так и в обратном состояниях (см. таблицу 3). В этом случае некоторые из минимальных путей успеха (см. 3.15) могут включать некоторые блоки в неработоспособном состоянии, а некоторые минимальные пути отказа - некоторые блоки в работоспособном состоянии. Понятия минимальных наборов соединений более не действительны и должны быть заменены понятием простых импликантов.

Примечание 2 - В некогерентной RBD минимальный путь успеха может стать путем отказа при ремонте, блока в неработоспособном состоянии, а минимальный путь отказа может стать путем успеха при дальнейшем отказе одного блока в работоспособном состоянии. Поэтому такие RBD называют "некогерентными".

 

3.6 объект (item): Предмет рассмотрения.

Примечание - В настоящем стандарте термин "объект" охватывает главным образом систему, смоделированную RBD, и блоки RBD.

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-01-01]

3.7 блок (block): Базовый элемент, используемый при построении RBD.

Примечание 1 - Блок имеет только два состояния (работоспособное и неработоспособное состояние) и может представлять собой любой объект (например, компоненты, функции, подсистемы) с двумя состояниями (восстанавливаемый или невосстанавливаемый). По аналогии и для упрощения формулировок восстанавливаемый/невосстанавливаемый блок представляет собой восстанавливаемый/невосстанавливаемый объект, отказ/ремонт блока представляет отказ/ремонт моделируемого объекта и работоспособное/неработоспособное состояние блока представляет работоспособное/неработоспособное состояние моделируемого объекта.

Примечание 2 - Количество состояний может быть увеличено и быть более двух для представления системы с количеством состояний (более двух), но такие расширения RBD не могут быть обработаны в рамках булевой логики.

Примечание 3 - Для целей настоящего стандарта блоки подразделяют на "элементарные блоки" или просто "блоки" и "составные блоки", состоящие из нескольких "элементарных блоков" (см. таблицу 3).

 

3.8 повторяющийся блок (repeated block): Блок, появляющийся в RBD более одного раза.

Примечание 1 - Повторяющиеся блоки представляют собой одни и те же физические объекты. Их не следует путать с дублированными блоками, представляющими различные, но сходные физические объекты, используемые для резервирования.

Примечание 2 - Повторяющиеся блоки могут появляться в прямом или обратном состоянии (т.е. блок появляется в работоспособном состоянии в одной части RBD и в неработоспособном состоянии в другой части RBD, или наоборот). Такие блоки очень полезны для представления RBD сложной системы или для представления RBD в виде путей успеха или отказа (см. 8.2).

 

3.9 работоспособное состояние (up state, available state): Состояние, в котором объект способен выполнять установленные функции.

Примечание 1 - Отсутствие необходимых внешних ресурсов может помешать работе, но не влияет на работоспособное состояние объекта.

Примечание 2 - Работоспособное состояние связано с готовностью объекта.

Примечание 3 - Объект одновременно может находиться в работоспособном состоянии по одним функциям и в неработоспособном состоянии по другим функциям.

Примечание 4 - Термин "работоспособный объект" означает объект, пребывающий в работоспособном состоянии.

Примечание 5 - В области применения RBD состояние блока идентично состоянию компонента, смоделированного этим блоком. Поэтому блок в работоспособном состоянии соответствует компоненту в работоспособном состоянии. Тот же подход применяют к RBD и соответствующей системе.

Примечание 6 - В RBD по аналогии с электрической схемой блок в работоспособном состоянии рассматривают как виртуальный переключатель в закрытом положении, а блок в неработоспособном состоянии - как виртуальный переключатель в открытом положении.

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-02-01; термин модифицирован, добавлены примечания 5 и 6]

3.10 продолжительность работоспособного состояния (up time): Продолжительность периода времени, в течение которого объект пребывает в работоспособном состоянии.

[МЭК 60050-192:2015, 192-02-02]

3.11 средняя продолжительность работоспособного состояния MUT (mean up time MUT): Математическое ожидание продолжительности работоспособного состояния.

3.12 неработоспособное состояние (down state, unavailable state): Состояние объекта, в котором он не способен выполнить хотя бы одну требуемую функцию из-за внутренней неисправности или профилактического технического обслуживания.

Примечание 1 - Неработоспособное состояние связано с неготовностью объекта.

Примечание 2 - Термин "неработоспособный объект" обозначает объект в неработоспособном состоянии.

Примечание 3 - По отношению к RBD состояние блока соответствует состоянию компонента (соответственно системы), моделируемого этим блоком (соответственно этой RBD). Поэтому блок в неработоспособном состоянии на RBD соответствует компоненту (соответственно системе) в неработоспособном состоянии.

Примечание 4 - В RBD блок в неработоспособном состоянии может быть интерпретирован как открытый электрический переключатель.

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-02-20]

3.13 продолжительность неработоспособного состояния (down time): Продолжительность периода времени, в течение которого объект пребывает в неработоспособном состоянии.

[МЭК 60050-192:2015, 192-02-21]

3.14 средняя продолжительность неработоспособного состояния MDT (mean down time MDT): Математическое ожидание продолжительности неработоспособного состояния.

[МЭК 60050-192:2015, 192-08-10]

3.15 путь успеха, набор соединений (success path, tie set): Набор блоков, причем каждый блок в наборе находится в работоспособном состоянии, что приводит к тому, что RBD обеспечивает состояние успеха системы.

Примечание - Термин "набор соединений" <1> использован по аналогии с электрической схемой, в которой блоки в работоспособном состоянии составляют замкнутый электрический контур от входа в RBD до выхода из нее.

--------------------------------

<1> Если RBD представить в виде электросхемы, в которой все блоки являются переключателями с двумя состояниями (переключатель замкнут, переключатель разомкнут), то набор соединений - это такой набор блоков в состоянии успеха (переключатель замкнут), при котором вся электрическая цепь замкнута (система находится в работоспособном состоянии).

 

3.16 минимальный набор соединений (minimal tie set): Такой набор соединений, при котором отказ (обрыв в электрическом контуре) одного (любого) из блоков набора приводит к отказу всей RBD (системы) <2>.

--------------------------------

<2> Если RBD представить в виде электросхемы, в которой все блоки являются переключателями с двумя состояниями (переключатель замкнут, переключатель разомкнут), то набор обрывов - это такой набор, при котором вся электрическая цепь разомкнута (система находится в неработоспособном состоянии).

 

Примечание 1 - В минимальном наборе соединений необходимо, чтобы для сохранения работоспособного состояния системы каждый блок набора находился в работоспособном состоянии.

Примечание 2 - Порядок минимального набора соединений определяет количество блоков в работоспособном состоянии: минимальный набор соединений порядка 1 включает 1 блок в работоспособном состоянии, порядка 2 - 2 блока в работоспособном состоянии и т.д.

 

3.17 путь отказа, набор обрывов (failure path, cut set): Набор блоков, причем каждый блок в наборе находится в неработоспособном состоянии, что приводит к тому, что RBD обеспечивает неработоспособное состояние системы.

Примечание - Термин "набор обрывов" дан по аналогии с электрической схемой, в которой блоки в неработоспособном состоянии составляют незамкнутый электрический контур входа в RBD до выхода из нее.

 

3.18 минимальный набор обрывов (minimal cut set): Такой набор обрывов, при котором восстановление одного (любого) из блоков набора приводит к восстановлению RBD (системы).

Примечание 1 - В минимальном наборе обрывов для сохранения RBD в неработоспособном состоянии необходимо, чтобы каждый блок набора находился в неработоспособном состоянии.

Примечание 2 - Порядок минимального набора обрывов определяет количество блоков в неработоспособном состоянии: минимальный набор обрывов порядка 1 включает 1 блок в неработоспособном состоянии, порядка 2 - 2 блока в неработоспособном состоянии и т.д.

 

3.19 непересекающийся набор элементов (disjoint set of elements): Набор булевых элементов, пересечения которых пусты.

Пример - Например, если представляет собой набор непересекающихся наборов обрывов, то , и, следовательно, .

Примечание 1 - Термин "элемент" применен здесь в значении, используемом в теории множеств, т.е. член заданного набора объектов.

Примечание 2 - Непересекающиеся элементы несовместны: когда один истинен, другой ложен и наоборот. Это описывает взаимоисключение и, следовательно, полную зависимость между элементами.

 

3.20 готовность объекта <item> (availability): Способность объекта выполнять требуемые функции в заданных условиях, в заданный момент или период времени при условии, что все необходимые внешние ресурсы обеспечены.

[МЭК 60050-192:2015, 192-01-23]

3.21 мгновенный коэффициент готовности A(t) (instantaneous availability, point availability): Вероятность того, что объект находится в данный момент времени в работоспособном состоянии.

[МЭК 60050-192:2015, 192-08-01; термин модифицирован]

3.22 мгновенный коэффициент неготовности U(t) (instantaneous unavailability point unavailability): Вероятность того, что в данный момент времени объект находится в неработоспособном состоянии.

[МЭК 60050-192:2015, 192-08-04; термин модифицирован]

3.23 средний коэффициент готовности (mean availability average availability): Среднее значение мгновенного коэффициента готовности за заданный период времени (t₁, t₂).

[МЭК 60050-192:2015, 192-08-05]

3.24 средний коэффициент неготовности (mean unavailability average unavailability): Среднее значение мгновенного коэффициента неготовности за заданный период времени (t₁, t₂).

Примечание - Средний коэффициент неготовности инструментальной системы безопасности (см. МЭК 61508 [5]) также называется "средняя вероятность отказа по запросу" (аббревиатура: PFD_avg).

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-08-06; термин модифицирован, заменено примечание 1]

3.25 стационарный (асимптотический) коэффициент готовности A^st, A^as (steady state availability, asymptotic availability): Предел, если он существует, мгновенного коэффициента готовности, когда время стремится к бесконечности.

Примечание - В некоторых случаях стационарный коэффициент готовности может быть представлен в виде отношения MUT/(MUT + MDT). См. ГОСТ 27.010.

 

МЭК 60050-192:2015, 192-08-07]

3.26 безотказность (объекта) (reliability): Свойство объекта без отказов выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени в заданных условиях.

[МЭК 60050-192:2015, 192-01-24; термин модифицирован, примечания исключены]

3.27 вероятность безотказной работы R(t₁, t₂), R(t) (reliability): Вероятность того, что в течение периода времени [t₁, t₂] в заданных условиях объект будет функционировать в соответствии с установленными требованиями.

Примечание - R(t) - вероятность безотказной работы за период времени [0, t].

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-01-24; термин модифицирован, примечания заменены]

3.28 вероятность отказа F(t₁, t₂), F(t) (unreliability): Вероятность того, что в течение периода времени [t₁, t₂] при работе в заданных условиях объект откажет.

Примечание 1 - F(t) - вероятность отказа за период времени [0, t].

Примечание 2 - Вероятность отказа связана с вероятностью безотказной работы соотношением F(t) = 1 - R(t).

 

3.29 мгновенная интенсивность отказов, интенсивность отказов (instantaneous failure rate, failure rate): Предел, если он существует, отношения условной вероятности того, что отказ невосстанавливаемого объекта произойдет за период времени к , когда стремится к нулю, при условии, что в течение периода времени [0, t] отказ не произошел.

Примечание 1 - Это определение является адаптированным определением IEC 60050-192 и охватывает восстанавливаемые объекты:

- если объект не имеет внутреннего встроенного резервирования, то интенсивность отказов идентична интенсивности отказов невосстанавливаемого объекта;

- если объект имеет внутреннее встроенное резервирование, он может оставаться в работоспособном состоянии при отказе некоторых резервированных частей. Эти отказы можно ремонтировать до тех пор, пока весь объект не перейдет в неработоспособное состояние из-за отказа следующей части.

Примечание 2 - Термины "интенсивность отказов" (3.29), "условный параметр потока отказов" (3.30) и "безусловный параметр потока отказов" (3.31) выглядят похожими, они отличаются условными событиями в их определениях. Даже если эти параметры в некоторых случаях имеют близкие числовые значения, их не следует путать, поскольку они различны по смыслу.

 

[МЭК 60050-192:2015, 192-05-06; термин модифицирован, заменены примечания]

3.30 мгновенный условный параметр потока отказов; условный параметр потока отказов; интенсивность отказов Весселя (instantaneous conditional failure intensity, conditional failure intensity, Vesely failure rate): Предел, если он существует, отношения условной вероятности того, что отказ объекта произойдет в течение периода времени к когда стремится к нулю, при условии, что объект находится в работоспособном состоянии в момент времени t = 0.

Примечание - См. примечание 2 к 3.29.

 

3.31 мгновенный безусловный параметр потока отказов, безусловный параметр потока отказов; частота отказов w(t) (instantaneous unconditional failure intensity, unconditional failure intensity, failure frequency): Предел, если он существует, отношения условной вероятности того, что отказ произойдет в течение периода времени , к , когда стремится к нулю, при условии, что объект находился в работоспособном состоянии в момент времени 0.

Примечание 1 - См. примечание 2 к определению интенсивности отказов (3.29).

Примечание 2 - Этот параметр эквивалентен параметру потока отказов в МЭК 60050-192:2015 (192-05-08). Наименование термина изменено, чтобы отличать его от термина "условный параметр потока отказов" (3.30).

 

3.32 средняя частота отказов w^avg (0,T) (average failure frequency): Количество отказов объекта в единицу времени, усредненное за заданный период времени T.

Примечание 1 - Если N - количество отказов объекта за период [0, T], то средняя частота отказов за этот период равна w^avg(0, T) = N/T.

Примечание 2 - Если m - средняя наработка между отказами объекта (см. МЭК 60050-192) изделия, то среднее количество отказов за период времени [0, T] равно N ~= T/m. Следовательно, wavg(0, T) = N/T ~= 1/m.

 

Математически w^avg(0, T) - среднее значение w(t) за период [0, T]. Следовательно, .

3.33 средняя наработка до отказа MTTF (mean operating time to failure MTTF): Математическое ожидание наработки объекта до отказа.

Примечание 1 - В случае невосстанавливаемых объектов, если наработка до отказа подчиняется экспоненциальному распределению (то есть интенсивность отказов постоянна), MTTF численно равна величине, обратной интенсивности отказов. Это также верно для восстанавливаемых объектов, если после восстановления их можно считать "как новые".

 

[МЭК 60050-192, 192-05-11; термин модифицирован, примечание 2 исключено]

3.34 системная зависимость; холистическая зависимость (systemic dependency, holistic dependency): Зависимость между частями системы, когда систему рассматривают как единое целое.

Пример 1 - Единственная ремонтная бригада устанавливает системную зависимость между ремонтируемыми объектами: когда объект отказал, он может быть отремонтирован только в том случае, если ремонтная бригада не занята ремонтом другого объекта, относящегося к системе.

Пример 2 - Вероятность безотказной работы системы R(t) может быть представлена в виде вероятности того, что система будет находиться в работоспособном состоянии в момент времени t при условии, что она не отказывала в течение периода времени [0, t]. Поэтому могут быть сохранены только последовательности событий, которые не приводят к неработоспособному состоянию в течение периода времени [0, t], а последовательности событий, которые включают переходы "работоспособное состояние" "неработоспособное состояние" "работоспособное состояние", должны быть исключены из расчетов. Это означает в отношении расчета R(t), что объект, переходящий в неработоспособное состояние, подлежит ремонту только в том случае, когда система остается в работоспособном состоянии в течение времени ремонта объекта. Поэтому в отношении расчета R(t) объект подлежит (или не подлежит) ремонту в зависимости от состояний других блоков, и это составляет системные зависимости между всеми блоками RBD, моделирующей систему.

Примечание 1 - Системная зависимость не может быть описана как локальное свойство отдельных объектов системы.

 

3.35 бинарная диаграмма принятия решений BDD (binary decision diagram BDD): Компактное дерево принятия решений, основанное на декомпозиции Шеннона булева выражения.

 

 

Рисунок 1 - Декомпозиция Шеннона простого булева выражения

и результирующая BDD

 

Примечание 1 - На рисунке 1 показано, как простое булево выражение s = a + b может быть преобразовано в дерево решений с использованием декомпозиции Шеннона, и затем как соответствующая BDD может быть получена путем сбора частей, дающих одно и то же значение (0 или 1) булева выражения.

Примечание 2 - С точки зрения математики BDD - это корневой направленный ациклический граф. Это структура данных, представляющая булевы выражения в виде объединений отдельных членов. Это, в свою очередь, приводит к точным вероятностным расчетам. Это подход к вероятностному расчету на основе булевых моделей. Более подробная информация о BDD приведена в [33].