可靠性指标与评估
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       14.2节讨论了系统可靠性的模型,那么,究竟如何来评估一个系统的可靠性呢?这就是本节要介绍的内容。
          可靠性指标
          与可靠性相关的概念主要有平均无故障时间、平均故障修复时间以及平均故障间隔时间等。
             平均无故障时间
             可靠度为Rt)的系统的平均无故障时间(Mean Time To Failure,MTTF)定义为从t=0时到故障发生时系统的持续运行时间的期望值,计算公式如下:
             
             如果,则MTTF=1/λλ为失效率,是指器件或系统在单位时间内发生失效的预期次数,在此处假设为常数。
             例如,假设同一型号的1000台计算机,在规定的条件下工作1000小时,其中有10台出现故障。这种计算机千小时的可靠度R为(1000-10)/1000=0.99。失效率为10/(1000×1000=1×10-5)。因为平均无故障时间与失效率的关系为MTTF=1/λ,因此,MTTF=105小时。
             平均故障修复时间
             可用度为At)的系统的平均故障修复时间(Mean Time To Fix,MTTR)可以用类似于求MTTF的方法求得。设A1t)是在风险函数Zt)=0且系统的初始状态为1状态的条件下At)的特殊情况,则:
             
             此处假设修复率μt)=μ(常数),修复率是指单位时间内可修复系统的平均次数,则:
             MTTR=1/μ
             平均故障间隔时间
             平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)常常与MTTF发生混淆。因为两次故障(失败)之间必然有修复行为,因此,MTBF中应包含MTTR。对于可靠度服从指数分布的系统,从任一时刻t0到达故障的期望时间都是相等的,因此有:
             MTBF=MTTR+MTTF
             在实际应用中,一般MTTR很小,所以通常认为MTBF≈MTTF。
          可靠性计算
          计算机系统是一个复杂的系统,而且影响其可靠性的因素也非常繁复,很难直接对其进行可靠性分析。但通过建立适当的数学模型,把大系统分割成若干子系统,可以简化其分析过程。
             串联系统
             假设一个系统由n个子系统组成,当且仅当所有的子系统都有能正常工作时,系统才能正常工作,这种系统称为串联系统,如下图所示。
             
             串联系统
             设系统各个子系统的可靠性分别用R1R2,…Rn表示,则系统的可靠性R=R1×R2×…×Rn
             如果系统的各个子系统的失效率分别用λ1λ2,…,λn来表示,则系统的失效率λ=λ1+λ2+…+λn
             并联系统
             假如一个系统由n个子系统组成,只要有一个子系统能够正常工作,系统就能正常工作,如下图所示。
             
             并联系统
             设系统各个子系统的可靠性分别用R1,…R2Rn表示,则系统的可靠性R=1-(1-R1)×(1-R2)×…×(1-Rn)。
             假如所有的子系统的失效率均为λ,则系统的失效率为μ
             
             在并联系统中只有一个子系统是真正需要的,其余n-1个子系统称为冗余子系统,随着冗余子系统数量的增加,系统的平均无故障时间也增加了。
             模冗余系统
             m模冗余系统由m个(m=2n+1为奇数)相同的子系统和一个表决器组成,经过表决器表决后,m个子系统中占多数相同结果的输出作为系统的输出,如下图所示。
             
             模冗余系统
             在m个子系统中,只有n+1个或n+1个以上子系统能正常工作,系统就能正常工作,输出正确结果。假设表决器是完全可靠的,每个子系统的可靠性为R0,则m模冗余系统的可靠性为:
             
             其中为从m个元素中取j个元素的组合数。
             在实际应用系统中,往往是多种结构的混联系统。例如,某高可靠性计算机系统由下图所示的冗余部件构成。
             
             某计算机系统
             显然,该系统为一个串并联综合系统,我们可以先计算出中间2个并联系统的可靠度,根据并联公式R=(1-(1-R1)×(1-R2)×…×(1-Rn),可得到3个部件并联的可靠度为1-(1-R3,2个部件并联的可靠度为1-(1-R2
             然后,再根据串联公式R=R1×R2×…×Rn,可得到整个系统的可靠度:R×(1-(1-R3)×(1-(1-R2)×R
 

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