Проблемы расчета надежности реконфигурируемых систем

Особой спецификой обладают системы с переменной структурой. В общем случае к ним можно отнести системы, характеристики надежности которых изменяются из-за таких причин, как: изменение нагрузки на систему или ее элементы, модификация структуры системы, наличие временных интервалов простоя элементов системы, изменение условий функционирования системы и т.д. Указанные технические системы относятся к системам с реконфигурацией их структуры. Модификации в системе могут происходить как через постоянные, так и через переменные промежутки времени; они могут быть детерминированными или случайными, периодическими и непериодическими. Структура системы может изменяться потому, что меняются функции, выполняемые системой, а также с целью повышения ее надежности.

Большое количество технических систем может быть интерпретировано как системы с модификациями, или с переменной структурой [ ]. Например, многопроцессорные системы могут изменять свою структуру в зависимости от исходных данных. То же относится к производственным линиям, узлы которых могут выполнять различные операции в зависимости от условий их применения. Анализ подобных систем показывает, что, как правило, их модификации являются периодическими. Например, период для производственных линий может быть равен 24 часам или продолжительности производственного цикла. Все модификации происходят в фиксированные моменты времени, между которыми характеристики надежности не меняются.

Анализ надежности систем со статической и динамической реконфигурацией структуры представляет собой новое направле­ние в теории надежности сложных технических систем. Различа­ются системы, когда в момент изменения структуры информация о времени работы или восстановления элементов «забывается» и по­сле момента реконфигурации система с измененной структурой начинает функционировать как новая. Это условие может быть вполне естественным для системы типа «черного ящика», о кото­рой лишь известно, что она имеет два состояния и определены за­коны распределения вероятностей перехода между состояниями. Для таких систем предполагается, что допустимыми являются лишь переходы между исправными и отказными состояниями.

Иначе обстоит дело с системой, имеющей несколько уровней возможных состояний, а в процессе перестройки структуры системы возможны переходы между состояниями одного уровня. При этом может оказаться, что из исправного состояния система переходит в отказное и, наоборот, из отказного состояния в исправное. Таким свойством как раз обладают системы типа m/n с нагруженным и ненагруженным резервом.

Сложная техническая система с позиций надежности характеризуется такой специфической особенностью функционирования, как ее многофункциональность. Количество выполняемых системой функций может достигать нескольких десятков, при этом в реализации одной функции может участвовать большое число модулей (элементов). Один и тот же модуль может быть задействован в выполнении нескольких функций. Поэтому модули, образующие систему, имеют различную длительность эксплуатации. Так, некоторые из них работают непрерывно, поскольку участвуют в выполнении всех функций, а некоторые модули включаются только на время выполнения какой-либо одной или нескольких функций. Многофункциональность накладывает определенный отпечаток на форму постановки задач анализа надежности такой системы.

При изучении надежности систем, выполняющих несколько функций, как правило, применяется функциональный подход, при котором описание надежности производится по каждой функции в отдельности, и поэтому надежность системы характеризуется вектором показателей надежности всех ее функций. Таким образом, сравнительная оценка различных систем одного и того же назначе­ния часто является затруднительной или совсем невыполнимой. Основной сложностью в исследовании многофункциональных систем, на наш взгляд, является то обстоятельство, что исследования проводятся без учета потока задач, поступающих в систему. В этом случае анализ надежности системы, функционирующей по нескольким функциям, неоднозначен, а возникающая при этом неопределенность без какой-либо дополнительной информации не поддается измерению.

Выходом из этой ситуации может служить исследование системы вместе с потоком задач, поступающих на обслуживание. Без учета потока задач можно говорить о времени использования системы по каждой функции и исследовать ее надежность с учетом времени выполнения системой всех ее функций.

Основным вопросом анализа систем с переменной структурой является разработка моделей и методов расчета характеристик их надежности, а также управление процессом модификаций с целью получения наибольшей надежности системы в соответствии с вы­бранными критериями.