A meghibásodások között eltelt átlagos idő: a kapcsolódó fogalmak magyarázata és a vonatkozó szabványok

Átírás

1 A meghibásodások között eltelt átlagos idő: a kapcsolódó fogalmak magyarázata és a vonatkozó szabványok Írta: Wendy Torell és Victor Avelar 78. tanulmány

2 Összefoglaló A meghibásodások között átlagosan eltelt idő (Mean Time Between Failure, MTBF) egy, a megbízhatóság jellemzésére használt kifejezés, melyet számos iparágban használnak sokszor helytelenül. Az évek során használói eltávolodtak a kifejezés eredeti tartalmától, amiből számos alkalommal kiábrándultság, csalódottság fakadt. Az MTBF érték jelentős részben feltételezéseken alapul; továbbá a meghibásodás definiálása és a különféle részletek figyelembevétele elengedhetetlen a kifejezés helyes értelmezéséhez. Tanulmányunkban ismertetjük az MTBF érték alapjául szolgáló bonyolult összefüggéseket, tisztázzuk a vele kapcsolatos félreértéseket, továbbá áttekintjük a becslésére használható módszereket. 2

3 Bevezetés A meghibásodások között átlagosan eltelt idő (Mean Time Between Failure, MTBF) értékét több mint 60 éve veszik figyelembe különféle döntések meghozatalakor. Az idők során több mint húszféle életciklus-becslésre használható módszert és eljárást dolgoztak ki. Nem csoda hát, hogy az MTBF fogalma véget nem érő viták örökös témája volt. Az üzletmenet szempontjából nélkülözhetetlen informatikai és telekommunikációs létesítmények tervezésekor szerepe különösen fontos. Amikor néhány percnyi leállás is kedvezőtlenül befolyásolhatja egy vállalkozás piaci értékét, akkor alapkövetelmény a hálózati környezetet fenntartó fizikai infrastruktúra megbízhatósága. A kitűzött üzleti megbízhatóságot az MTBF pontos ismerete nélkül nem lehet elérni. Jelen tanulmány minden részletre kiterjedően tárgyalja az MTBF fogalmát, illetve példák segítségével próbálja eloszlatni a félreértéseket és érthetővé tenni a bonyolult háttérösszefüggéseket. Mi a meghibásodás? Milyen előzetes feltételezésekkel élünk? Minden MTBF érték áttekintésekor ezek az elsőként felvetendő kérdések. Ha ezekre nem tudjuk a választ, gyakorlatilag nincs miről beszélnünk. Az MTBF kifejezést gyakran úgy használják, hogy nem definiálják a meghibásodást. Ez a gyakorlat azonban nemcsak félrevezető, de tökéletesen értelmetlen is. Hasonlóan értelmetlen lenne, ha az autók által egy tankolással megtehető távolságot úgy adnánk meg, hogy nem mellékeljük az üzemanyagtartály kapacitását. A félreértések elkerülésére a meghibásodás alábbi két definícióának valamelyikét érdemes használni: 1) A terméknek, mint egységnek megszűnik a tőle elvárt funkció teljesítésére való képessége. 1 2) Az egyes összetevők bármelyikének megszűnik a saját funkciójának ellátására vonatkozó képessége, ami azonban nem jelenti feltétlenül a teljes termék működésképtelenné válását. 2 Az alábbi két példával rávilágítunk, hogy előfordulhat, hogy meghatározott meghibásodási jelenséget az egyik definíció szerint meghibásodásnak minősíthetünk, míg a másik szerint nem. 1. példa: Ha egy RAID tömb egy redundáns lemeze elromlik, akkor ezzel nem szűnik meg a tömb azon képessége, hogy bármikor rendelkezésre tudja bocsátani a kívánt adatokat. A lemez meghibásodásakor ugyanakkor az adott lemez képtelenné válik tárolási feladatának ellátására. Az első definíció szerint ez nem minősül meghibásodásnak, a második szerint viszont igen. 1 IEC-50 2 IEC-50 3

4 2. példa: Ha egy szünetmentes tápegység invertere elromlik, és az egység folyamatosan hálózati tápellátást ad a rá csatlakoztatott készülékeknek, akkor hibátlannak számít abból a szempontból, hogy az adott készülékek kapnak áramellátást. Csakhogy az inverter meghibásodásakor a szünetmentes tápegység képtelenné válik a minőségi tápellátásra. Hasonlóan az előző példához, a hibajelenség csak a második definíció szerint számít meghibásodásnak. Ha csupán kétféle definíció létezne, akkor a meghibásodás fogalmának körülírása rendkívül egyszerű volna. Sajnos, amikor egy terméket jó színben kell feltüntetni, a dolog majdnem olyan bonyolulttá válik, mint maga az MTBF fogalma. A valóságban a meghibásodás definícióinak száma a végtelenbe tart. Az egyes terméktípusokhoz a gyártók számos meghibásodás-definíciót kreáltak. Azok a gyártók, amelyek a minőséget helyezik előtérbe, munkafolyamataik során minden meghibásodási lehetőséget figyelemmel követnek, ami egyéb előnyei mellett hozzájárul a termékhibák kiküszöböléséhez. A meghibásodás pontos definiálásához tehát további kérdéseket kell megválaszolni. Vajon meghibásodásnak számít a helytelen használatból fakadó hiba? Lehetnek a tervezők által figyelmen kívül hagyott emberi tényezők, amelyek miatt a felhasználók hajlamosak lehetnek a termék helytelen használatára. A gyártó szerviztechnikusa által okozott hibák meghibásodásnak számítanak? Lehetséges, hogy maga a termék megnöveli egy már amúgy is kockázatos folyamat során a meghibásodás valószínűségét? Ha egy számítógépen elromlik egy jelzőfény, az vajon meghibásodásnak számít, még akkor is, ha ez semmilyen formában nem befolyásolja a számítógép működését? Egy elhasználódó jellegű alkatrész, például egy akkumulátor idő előtti elöregedése meghibásodásnak számít? A szállítás közben keletkezett hibákat meghibásodásnak vesszük? Forrásuk a hibásan tervezett csomagolás is lehet. Nyilvánvaló, hogy a meghibásodás definíciójának egyértelműnek kell lennie, tisztázása nélkül meg sem szabad kezdeni valamilyen MTBF érték értelmezését. A fentiekhez hasonló kérdések megválaszolásával lehet szilárdan megalapozni a megbízhatósággal kapcsolatos döntéseket. Szokták mondani, hogy a mérnökök sosem tévednek, csak hibás előzetes feltételezésekből indulnak ki. Ugyanez érvényes azokra is, akik az MTBF értékeket számítják. Az MTBF értékének becsléséhez szükséges folyamat leegyszerűsítéséhez előzetes feltételezéseket kell tenni. A gyakorlatban lehetetlen lenne annyi adatot összegyűjteni, amennyi elegendő lenne egy pontos érték kiszámításához. Az előzetes feltételezések ugyanakkor nem rugaszkodhatnak el a valóságtól. Tanulmányunkban ismertetjük az MTBF becslése során széles körben alkalmazott előzetes feltételezéseket. 4

5 A megbízhatóság, a rendelkezésre állás, az MTBF és az MTTR definíciója Az MTBF értéke a megbízhatóságot és a rendelkezésre állást egyaránt befolyásolja. Mielőtt rátérnénk az MTBF tárgyalására, fontos, hogy tisztázzuk ezeket a fogalmakat. A megbízhatóság és a rendelkezésre állás közötti különbséget sokan hibásan vagy egyáltalán nem ismerik. A magas rendelkezésre állás és a nagy megbízhatóság ugyan általában együtt járnak, mégsem szabad felcserélni őket. A megbízhatóság egy rendszer vagy egy összevető azon képessége, hogy a tőle elvárt funkciókat megadott körülmények között meghatározott ideig teljesíteni tudja. [IEEE 90] Másként fogalmazva, a megbízhatóság annak a valószínűsége, hogy a rendszer vagy összetevő a megadott küldetési időn belül meghibásodások nélkül, sikeresen látja el feladatát. A repülőgépek küldetésével kiválóan lehet szemléltetni mindezt. Amikor egy repülőgép felszáll, hogy teljesítse küldetését, akkor egyetlen célja van: befejezni az utat az eredeti terv szerint, biztonságban, katasztrofális meghibásodások nélkül. A rendelkezésre állás az az arányszám, amely megadja, hogy egy rendszer vagy összetevő mennyire működőképes és elérhető, amikor szükségünk van rá. [IEEE 90] Annak a valószínűségeként tekinthetjük, hogy a rendszer vagy az összetevő a tőle elvárt funkciók teljesítésére alkalmas állapotban lesz, meghatározott körülmények között, meghatározott pillanatban. A rendelkezésre állás nemcsak a rendszer megbízhatóságától, hanem meghibásodás esetén történő helyreállításának időtartamától is függ. A hosszú időn, akár évtizedeken keresztül folyamatosan működő rendszerek esetében elkerülhetetlenek a meghibásodások. A rendelkezésre állást azért vizsgálják sokszor, mert a meghibásodás bekövetkeztekor a rendszer helyreállításához szükséges idő hossza válik kritikus tényezővé. Egy adatközpontnál például a legfontosabb ugyan az, hogy megbízható rendszert építsünk, ám amikor a meghibásodás bekövetkezik, akkor első helyre az informatikai berendezések és az üzleti folyamatok lehető leggyorsabb helyreállítására, vagyis a leállás hosszának minimalizálására vonatkozó igény lép. Az MTBF egy rendszer megbízhatóságának alapvető mérőszáma. Mértékegysége általában óra. Minél magasabb az MTBF értéke, annál megbízhatóbb a termék. Az 1. egyenlet ezt a viszonyt fejezi ki. Idő MTBF Megbízható ság = e 1. egyenlet 5

6 Az MTBF-et sokszor helytelenül úgy értelmezik, mint a rendszer meghibásodása előtt várhatóan eltelő üzemórák számát, vagyis mint élettartamot. Ugyanakkor nem egy alkalommal látni egymillió óra feletti MTBF értéket nyilván irreális volna azt várni egy rendszertől, hogy több mint száz éven keresztül meghibásodás nélkül működjön. Ilyen magas értékeket azért láthatunk, mert a gyártók a termékek normál élettartamán belül érvényes meghibásodási arányát adják meg, továbbá feltételezik, hogy a meghibásodási arány mindörökké ez marad. Nyilvánvaló, hogy a termékek normál élettartamukon belül mutatják a legkisebb és állandó meghibásodási arányt. Ugyanakkor nem szabad elfeledni, hogy elhasználódása miatt egy termék hamarabb is tönkremehet, mint az MTBF érték alapján várnánk. Nem szabad tehát közvetlen összefüggést keresni egy termék normál élettartama és meghibásodási aránya, vagyis MTBF értéke között. Könnyen találhatunk olyan terméket, amely rendkívül megbízható, vagyis rendkívül nagy MTBF érték tartozik hozzá, ám normál élettartama rövid. Példaként vegyük az embereket: A mintául szolgáló népességben éves egyed található. Egy évig gyűjtjük a népesség meghibásodásával (az elhalálozássokkal) kapcsolatos adatokat. A népesség üzemideje x 1 év = emberév. Egy év alatt 625 ember hibásodott meg, vagyis halálozott el. A meghibásodási arány 625 hiba / emberév = 0,125% / év. Az MTBF a meghibásodási arány reciproka, vagyis 1 / 0,00125 = 800 év. A 25 éves emberek tehát rendkívül magas MTBF értékkel rendelkeznek, élettartamuk azonban ennél jóval kisebb, és a két mennyiség között nincs összefüggés. A valóságban az emberi szervezet meghibásodási aránya nem állandó. Ahogy az emberek idősödnek, úgy egyre több meghibásodást látunk, szervezetük ugyanis elhasználódik. Ha olyan MTBF értéket akarnánk tehát kiszámítani, amely megegyezne az élettartammal, akkor meg kellene várnunk, hogy a most 25 éves mintanépesség tagjai elérjék élettartamuk végét. Ekkor ki tudnánk számítani átlagos élettartamukat. A kapott eredmény nagyjából év lenne. Mindezek alapján a 25 éves emberek MTBF értéke vajon 80 vagy 800 év? Mindkettő! De hogyan lehet, hogy ugyanannak a népességnek a vizsgálata két merőben eltérő MTBF értékre vezet? A választ az előzetes feltételezések vizsgálatával kaphatjuk meg. Ha a 80 éves MTBF, legalábbis ebben az esetben jobban tükrözi a termék élettartamát, akkor vajon ez a jobb módszer? A józan paraszti gondolkodáshoz biztosan közelebb áll. Számos olyan tényező van viszont, mely kereskedelmi termékek, például szünetmentes energiaellátó rendszerek esetében korlátozza ezen módszer gyakorlati alkalmazhatóságát. A legnagyobb akadályt az idő jelenti. A módszer alkalmazásához meg kellene várni a teljes minta meghibásodását, ami sok termék esetében éves vizsgálati időt jelentene. Még ha ki is lehetne várni ezt az időt az MTBF kiszámításához, hatalmas problémát jelentene a termékek életútjának követése. Honnan tudhatná például a gyártó, hogy a termékeket még használják-e, vagy már leselejtezték őket, csak ezt elfelejtették jelezni? 6

7 Végül, ha mindez lehetséges is volna, a technológia túlságosan gyorsan fejlődik, és mire a végső értéket megkapnánk, már teljesen hasznavehetetlen lenne. Kit érdekelne egy olyan termék MTBF értéke, amelynek legyártása óta több generációnyi műszaki újdonság látott napvilágot? Az MTTR (Mean Time to Repair/Recover, javításig/helyreállításig átlagosan eltelt idő) az az idő, ameddig a tapasztalatok szerint a rendszer meghibásodásból való helyreállítása tart. Magába foglalhatja a diagnosztizáláshoz szükséges időt, a megfelelő szakember helyszínre utazásának idejét, továbbá a rendszer tényleges javításának időtartamát. Az MTBF-hez hasonlóan az MTTR mértékegysége is óra. Amint a 2. egyenletből is látszik, az MTTR a rendelkezésre állás értékét és nem a megbízhatóság szintjét befolyásolja. Minél hosszabb az MTTR, annál gyengébb egy rendszer. Leegyszerűsítve a dolgokat: minél tovább tart egy rendszer meghibásodás utáni helyreállítása, annál kisebb a rendelkezésre állása. Azt, hogy egy rendszer rendelkezésre állása hogyan alakul az MTBF és az MTTR függvényében, az alábbi képlet fejezi ki. Ha az MTBF nő, a rendelkezésre állás is javul. Ha az MTTR nő, a rendelkezésre állás romlik. rendelkezésre_állás MTBF ( MTBF + MTTR) = 2. egyenlet Az 1. és a 2. egyenlet érvényességéhez az egyes rendszerek MTBF értékének elemzésekor egy alapvető előzetes feltételezéssel kell élni. A mechanikus rendszerekkel ellentétben az elektronikus rendszerek túlnyomó része nem tartalmaz mozgó alkatrészeket. Emiatt általánosan elfogadott nézet, hogy az elektronikus rendszerek és alkatrészek hasznos élettartamuk teljes ideje alatt állandó meghibásodási arányt mutatnak. Az 1. ábrán szereplő, meghibásodási kádgörbének nevezett grafikon ennek a feltételezett állandó meghibásodási aránynak az eredetét szemlélteti. A normál élettartam vagy hasznos élettartam nevű szakasz a görbén az az időszak, amely alatt a terméket rendeltetési helyén használják. Itt a termékminőség alapján idővel kialakul egy állandó meghibásodási arány. Ebben a szakaszban a meghibásodások forrásai például a következők lehetnek: felismerhetetlen hibák, tervezéskor alulméretezett részek, a vártnál erősebb véletlen terhelés, emberi tényezők és természetes meghibásodások. Az összetevők gyártó általi gondos bejáratása, a megfelelő karbantartás és az elöregedett alkatrészek időben elvégzett cseréje révén elkerülhető, hogy a rendszer életének elhasználódott szakaszába lépjen, amelyhez a görbe gyors romlást jelző része tartozik. A fentiekben ismertettük a megbízhatóság és a rendelkezésre állás közötti különbséget, a kapcsolódó fogalmakhoz kötődő háttérismereteket, amelyek alapján mindenki helyesen tudja értelmezni az MTBF értékeket. A következő részben különféle, az MTBF megjóslására használható módszereket tárgyalunk. 7

8 1. ábra Kádgörbe az állandó meghibásodási arány szemléltetésére Az MTBF előre jóslásának és felbecslésének módszerei A jóslás és a becslés kifejezést gyakran keverik, helytelenül. Az MTBF jóslására használt módszerek révén általában még a termék életciklusának korai szakaszában egy kizárólag a rendszer tervére alapuló értéket kapunk. A jóslási módszerek elsősorban akkor hasznosak, ha egyáltalán nem biztosítható vagy kevés a gyakorlati adat. Ilyen például az űrsiklók tervezése, de gyakorlatilag minden új termék tervezése is. Ha kellő mennyiségű adattal rendelkezünk, akkor nincs szükségünk jóslásra. Ilyenkor becsülnünk kell az MTBF értékét, és ez az eljárás a meghibásodásokkal kapcsolatos tényleges adatokon alapul. Az MTBF becslésére szolgáló módszerek a hasonló rendszerek megfigyelésével szerzett adatokon alapulnak, amelyeket általában nagyobb minta gyakorlati használata alapján gyűjtenek össze. Az MTBF becslése az MTBF számításának messze legelterjedtebb módszere, főképp azért, mert gyakorlati használatban lévő, valódi termékeken alapul. A módszerek mindegyike statisztikai jellegű, vagyis a tényleges MTBF értékét csak közelíteni lehet velük. Nincs olyan módszer, amelyet akár csak egy-egy iparág általánosan elfogadott volna. Rendkívül fontos tehát, hogy a gyártó tisztában legyen azzal, hogy az adott területen melyik a legjobb eljárás, és természetesen ezt válassza. Az alábbi módszerek, bár felsorolásunk messze nem teljes, kiválóan szemléltetik, hogy az MTBF meghatározására milyen sokféle megoldás alkalmazható. 8

9 A megbízhatóság jóslására használható módszerek A megbízhatóság jóslására az első módszert az 1940-es években egy német tudós, Von Braun és matematikus társa, Eric Pieruschka dolgozta ki. Miközben a V-1 rakéták megbízhatóságával kapcsolatos problémákat próbálták elhárítani, Pieruschka és Von Braun összeállították a rakéta megbízhatósági modelljét, amivel létrejött az első dokumentált, korszerű megbízhatóságjóslási modell. A nukleáris ipar növekedése a megbízhatósági elemzés területének további fejlesztésére, finomítására ösztönözte a NASA munkatársait. Napjainkra számos, az MTBF jóslására alkalmas módszert dolgoztak ki. MIL-HDBK 217 Az amerikai hadsereg által 1965-ben kiadott Military Handbook 217 megjelentetésének célja szabványos, az elektronikus katonai készülékek megbízhatóságának becslésére szolgáló eljárás biztosítása volt, ezzel is segítve a tervezés alatt álló eszközök megbízhatóságának növelését. Megadja mindazokat az alapokat, amelyekre építve össze lehet hasonlítani két vagy több hasonló tervezésű készülék megbízhatóságát. A Military Handbook 217-et sokszor Mil Standard 217, illetve egyszerűen 217 névvel is illetik. A 217 kétféle módszert ismertet a megbízhatóság jóslására: az alkatrészszám alapú jóslást és az alkatrészek terhelésének elemzésére alapuló jóslást. Alkatrészszám alapú jóslást általában fejlesztési ciklusuk elején járó termékek megbízhatóságának előzetes jóslására használnak. Így viszonylag durva becslést lehet kapni, ám ezt is össze lehet hasonlítani a megbízhatóság terén kitűzött célokkal vagy a megadott specifikációkkal. A meghibásodási arányt úgy kapják, hogy egyszerűen megszámlálják a termékben található hasonló alkatrészeket (pl. a kondenzátorokat), majd különféle alkatrésztípusokra osztják őket (pl. filmkondenzátorok). Az egyes csoportokba eső alkatrészek számát megszorozzák egy általános meghibásodási aránnyal, valamint a 217 által megadott minőségi együtthatóval. Végül összeadják az összes különböző alkatrészcsoport meghibásodási arányát, aminek eredményeként előáll az összesített meghibásodási arány. Definíció szerint az alkatrészszám alapú módszer feltételezi, hogy minden alkatrész sorban van kapcsolva, a nem sorba kapcsolt alkatrészek meghibásodási arányát külön kell számolni. Az alkatrészek terhelésének elemzésére alapuló módszert inkább a termékfejlesztési ciklus későbbi szakaszaiban használják, amikor az áramkörök és hardvereszközök tervei véglegesednek, és a fejlesztők közel kerülnek a termelés beindításához. Ez annyiban hasonlít az alkatrészszám alapú módszerhez, hogy a meghibásodási arányokat itt is összegzik. Az alkatrészek terhelésére alapuló eljárásnál ugyanakkor minden egyes alkatrész meghibásodási arányát egyedileg számítják ki, figyelembe véve az adott elemre háruló terhelést (pl. páratartalom, hőmérséklet, rezgések, feszültség stb.). Ahhoz, hogy minden összetevőhöz a megfelelő terhelésszintet lehessen hozzárendelni, a termék tervezését részletesen dokumentálni kell, valamint a várható alkalmazási környezetet is gondosan fel kell tárni. Az alkatrészek terhelésére alapuló módszer alkalmazása általában alacsonyabb meghibásodási arányt eredményez, mint az alkatrészszám alapúé. Az elemzések részletessége miatt ez a módszer más megoldásokhoz képest rendkívül időigényes. 9

10 Napjainkban a 217-et már csak ritkán használják ban az amerikai hadsereg bejelentette, hogy felhagynak a MIL-HDBK-217 alkalmazásával, mert a tapasztalatok szerint megbízhatatlan, használata hibás és félrevezető megbízhatósági jóslatokhoz vezet 3. A 217 használatának felhagyását több tényező is indokolta, ezek túlnyomó része arra vezethető vissza, hogy az alkatrészek megbízhatósága olyan sokat javult az évek során, hogy többé nem játszik elsődleges szerepet a termékek meghibásodásaiban. A 217 által tartalmazott meghibásodási arányok jóval visszafogottabbak (magasabbak), mint a jelenleg elérhető elektronikus összetevőkre jellemző értékek. Napjaink elektronikai termékeinek meghibásodásait tanulmányozva arra következtethetünk, hogy a problémákat a legnagyobb eséllyel helytelen használat (emberi hiba), hibás folyamatvezérlés vagy tervezés okozza. Telcordia A Telcordia megbízhatóságjóslási modell a távközlési iparból származik, az évek során számos változáson esett át. Eredetileg a Bellcore Communications Research fejlesztette Bellcore névvel, célja a távközlési berendezések megbízhatóságának becslésére alkalmazható módszer kidolgozása volt. Bár a Bellcore a 217-re épült, megbízhatósági modelljeit (egyenleteit) 1985-ben a távközlési berendezések gyakorlati használata során szerzett tapasztalatok alapján átdolgozták. A Bellcore utolsó változata a TR-332, 6-os kiadás volt, mely 1997 decemberében jelent meg. A SAIC 1997 végén felvásárolta a Bellcore-t, és Telcordia névre keresztelte át. A Telcordia Prediction Model legújabb változata az SR-332, 1-es kiadás, mely 2001 májusában jelent meg, és a 217-ből átvettek mellett további számítási módszereket is ismertet. A Telcordia a távközlési iparban jelenleg is széles körben alkalmazott tervezési eszköz. HRD5 A HRD5 a távközlési rendszerekben alkalmazott elektronikus alkatrészek megbízhatósági adatainak kézikönyve. A HRD5-öt a British Telecom fejlesztette ki, és elsősorban az Egyesült Királyságban használják. Hasonló a 217-hez, de nem foglalkozik annyi környezeti változóval, valamint elektronikus összetevők széles körére köztük a távközlési berendezésekre kiterjedő megbízhatóságjóslási modellt biztosít. RBD Az RBD (Reliability Block Diagram, megbízhatósági blokkdiagram) egy szemléletes ábra és egy számítási eszköz, amelyet a rendszerek rendelkezésre állásának és megbízhatóságának modellezésére használnak. A megbízhatósági blokkdiagram szerkezete a rendszeren belüli hibák közötti logikai összefüggéseket követi, amelyek nem feltétlenül egyeznek meg a logikai vagy fizikai kapcsolatokkal. Minden blokk egy önálló összetevőt, alrendszert vagy egyéb jellemző meghibásodást szimbolizál. A diagram ábrázolhat egy teljes rendszert, egy rendszer bármely olyan részét vagy összetételét, amelyhez el kell végezni a meghibásodások, a megbízhatóság vagy rendelkezésre állás elemzését. Egyben elemzőeszközként is szolgál, segítségével szemléltetni lehet a rendszerelemek működését, illetve az egyes elemek által a teljes rendszer működésére gyakorolt hatást. 3 Cushing, M., Krolewski, J., Stadterman, T. és Hum, B., 1996, U.S. Army Reliability Standardization Improvement Policy and Its Impact, IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, A rész, 19. évfolyam, 2. szám, oldalszám:

11 Markov-modell A Markov-modell segítségével összetett, például elektromos rendszereket lehet vizsgálni. A Markovmodelleket állapottér-diagramoknak vagy állapotgrafikonoknak is nevezik. Az állapottér mindazon állapotok halmaza, amelyekbe egy rendszer beléphet. A blokkdiagramokkal ellentétben az állapotgrafikonok viszonylag pontosan ábrázolják a rendszert. Az állapotgrafikonok segítségével figyelembe lehet venni az összetevők meghibásodásai között fennálló összefüggéseket és a blokkdiagramok által figyelmen kívül hagyott különféle állapotokat, például azt, hogy egy szünetmentes tápegység akkumulátorról üzemel. Az MTBF mellett a Markov-modellek számos más adatot is elárulnak egy rendszerről, ilyen például a rendelkezésre állás, az MTTR, annak valószínűsége, hogy adott időpontban a rendszer meghatározott állapotban van. FMEA / FMECA Az FMEA (Failure Mode and Effects Analysis, hibamód- és hatáselemzés) az egyes termékek meghibásodási módjainak elemzésére szolgáló eljárás. Ezen adatok alapján fel lehet mérni az egyes meghibásodások által a termékre gyakorolt hatást, ami viszont megfelelő alapot szolgáltat a termék továbbfejlesztéséhez. Az elemzés tovább finomítható, ha az egyes meghibásodási módokhoz fontossági szinteket rendelünk, ekkor a módszer elnevezése FMECA-ra (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, hibamód-, hatás- és fontosságelemzés) módosul. Az FMEA alulról felfelé haladó elemzést ír elő. Egy szünetmentes tápegységnél például az elemzés az áramköri lap szintű elemekkel indul, innen halad felfelé a teljes rendszerig. A módszer nemcsak tervezési segédeszközként értékes, de a teljes rendszer megbízhatóságának kiszámítására is alkalmas. A számításokhoz szükséges, az egyes összetevőkhöz tartozó valószínűségi adatok beszerzése komoly nehézséget jelenthet, különösen akkor, ha többféle állapottal vagy üzemmóddal is rendelkeznek. Hibafa A hibafa alapú módszert a Bell Telephone Laboratories fejlesztette ki a Minuteman indításvezérlő rendszer biztonsági elemzésének céljából. Később megbízhatóság-elemzési célokra is alkalmazni kezdték. A hibafák segítségével részletezni lehet azon események sorozatát ideértve a normál és a meghibásodásokkal kapcsolatos eseményeket is, amelyek az éppen vizsgált, alkatrészszintű meghibásodáshoz vagy nem kívánt eseményhez vezetnek (felülről lefelé haladó vizsgálat). A megbízhatóság számítása a teljes hibafa egyenletrendszerré alakításával történik. Az átalakítás eseményalgebra, más néven Boole-algebra alkalmazásával történik. Az FMEA módszerhez hasonlóan a számításokhoz szükséges valószínűségi adatokat ebben az esetben is meglehetősen nehéz beszerezni. HALT A HALT (Highly Accelerated Life Testing, felgyorsított élettartamteszt) módszert elsősorban a termékek általános megbízhatóságának növelésére használják. A HALT során azt vizsgálják, hogy mennyi ideig tart egy terméket a szó szoros értelmében eltörni, tönkretenni; ehhez a terméket gondosan mért és szabályozott nagyságú terheléseknek, például rezgésnek vagy hőmérsékletnek teszik ki. Azt, hogy ténylegesen mennyi ideig tartott volna a termék gyakorlati használat során történő meghibásodása, egy matematikai modell segítségével becslik meg. Bár a HALT alkalmas az MTBF becslésére, főként a termékek megbízhatóságának javításánál jut szerephez. 11

12 Megbízhatóságbecslési módszerek Hasonló elem jóslási módszer Ezzel a módszerrel rövid idő alatt, egy hasonló elem megbízhatósági adatai alapján lehet megbecsülni a megbízhatóságot. A módszer hatékonysága elsősorban az új és a meglévő készülék, illetve használatuk körülményeinek hasonlóságától függ. A termékek gyártási eljárásának, üzemeltetési környezetének, funkcióinak és tervezésének hasonlóknak kell lenniük. A többlépéses fejlesztés tárgyát képező termékeknél a módszer különösen hasznos, hiszen módot ad a korábbi használati tapasztalatok felhasználására. Az újabb tervekkel megjelenő eltéréseket ugyanakkor gondosan fel kell mérni, és a végső jóslás során figyelembe kell venni. Helyszíni adatgyűjtés módszere A helyszíni adatgyűjtés módszere a termékek gyakorlati használata során szerzett adatokra alapul. Ez az a módszer, amit a gyártók talán a legszélesebb körben alkalmaznak minőségellenőrzési folyamataik részeként. Ezeket a folyamatokat sokszor megbízhatóságnövelés-kezelésnek (Reliability Growth Management) is nevezik. A gyakorlati használatban lévő termékek meghibásodási arányát figyelemmel követve a gyártó rövid idő alatt fel tudja ismerni és el tudja hárítani a hibákat okozó problémákat. Mivel a módszer tényleges, gyakorlati meghibásodási arányokra alapul, a más módszerek alkalmazásakor esetleg figyelmen kívül hagyott meghibásodási módokra is kiterjed. A módszer lényege az, hogy az új termék egy mintasorozatának sorsát figyelemmel követik, és összegyűjtik a meghibásodásokkal kapcsolatos adatokat. Az így kapott adatok alapján számítják ki a meghibásodási arányt és az MTBF értékét. A meghibásodási arány a teljes mintasorozat azon százalékos hányada, amelynek meghibásodására egy naptári év folyamán számítani lehet. Az adatokat nemcsak minőségellenőrzési célokra lehet felhasználni, de arra is alkalmasak, hogy a partnereket és a felhasználókat információkkal lássuk el saját termékük megbízhatóságával és minőségbiztosítási eljárásaikkal kapcsolatban. Mivel a módszert a gyártók igen széles körben használják, általános kiindulási pontot szolgáltat az MTBF értékek összehasonlításához. Így a felhasználók összehasonlíthatják a különféle termékek megbízhatóságát, ami viszont fontos lépés a specifikációk összeállításakor vagy a vásárlásokról szóló döntések meghozatalakor. Mint minden összehasonlításnál, itt is ügyelni kell arra, hogy az egyes termékek összevetésekor azok azonos tulajdonságait vegyük figyelembe. Ellenkező esetben nagy valószínűséggel hibás döntésre jutunk, ami pénzügyi szempontból is negatív hatással bírhat. 12

13 Összegzés Az MTBF az IT iparban széles körben használt varázsszó. Sokan olyan számokkal dobálóznak, amelyek tényleges jelentésével nincsenek tisztában. Az MTBF a megbízhatóság jelzőszáma. Nem adja meg az adott termék élettartamát. Bármely MTBF érték értelmezhetetlen, ha a meghibásodás fogalmát nem definiáljuk, valamint a valóságtól elrugaszkodott előzetes feltételezéseket teszünk, esetleg egyáltalán nem teszünk ilyeneket. Hivatkozások 1. Pecht, M.G., Nash, F.R., Predicting the Reliability of Electronic Equipment, IEEE közlemények, 82. évfolyam, 7. szám, július 2. Leonard, C., MIL-HDBK-217: It s Time To Rethink It, Electronic Design, október MIL-HDBK-338B, Electronic Reliability Design Handbook, október IEEE 90 Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE Standard Computer Dictionary: A Compilation of IEEE Standard Computer Glossaries. New York, NY: 1990 Néhány szó a szerzőkről: Wendy Torell a rendelkezésre állás témakörével foglalkozó mérnök az APC W. Kingston-i, Rhode Island-i központjában. Feladatai közé tartozik a rendelkezésre állás tudományos és tervezési szemszögből való megközelítésének egyeztetése az ügyfelekkel, amelynek alapján ők optimalizálni tudják adatközpontjaikat. Diplomáját gépészmérnökként szerezte a schenectadyi, New York állambéli Union Főiskolán. Wendy ASQ Certified Reliability Engineer képesítéssel rendelkezik. Victor Avelar az APC a rendelkezésre állás témakörével foglalkozó mérnöke. Rendelkezésre állási tanácsadással és az ügyfelek elektromos rendszereinek és adatközpontjainak elemzésével foglalkozik. Victor 1995-ben szerezte gépészmérnöki diplomáját a Rensselaer Politechnikai Intézetben, az ASHRAE és az American Society for Quality tagja. 13