Nagy megbízhatóságú elektronikus közlekedési alrendszerek RAMS paramétereinek kezelése

Átírás

1 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése h. értekezés Szabó Géza okevees viamosmérök témavezető: r. Bokor József taszékvezető egyetemi taár BME Közekedésautomatikai Taszék Budapest 008

2 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése uírott Szabó Géza kieetem hogy ezt a doktori értekezést magam készítettem és abba csak a megadott forrásokat haszátam fe. Mide oya részt ameyet szó szerit vagy azoos tartaomba de átfogamazva más forrásbó átvettem egyérteműe a forrás megadásáva megeötem. Budapest 008. ovember 4. áírás ii. oda

3 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Tartaomegyzék. ELŐSZÓ. Igéy a agy megbízhatóságra. Motivációs háttér. disszertáció feépítése.4 Köszöetyiváítás. BEVEZETÉS 5. MEGBÍZHTÓSÁGI SZIT EFIIÁLÁS ÉS VIZSGÁLT 7. efiíciók 7. biztosági (RMS) paraméterek specifikáása és kezeése 0. aízis eárások.4 Becsési eárások.4. Bevezetés.4. katrész számáás módszere.4. Laboratóriumi iformációk figyeembevétee Tapasztaati adatok figyeembevétee 5.5 Eeőrzési isták és kockázati idexek 5.6 Meghibásodási módok és hatások aaízise 6.6. FME eemzői 6.6. FME módszerta 7.6. Kritikusság vizsgáata 8.7 z eseméyfa aaízis 9.8 hibafa aaízis 0.8. Bevezetés 0.8. hibafa-aaízis módszertaa.8. hibafa-aaízis matematikai háttere.9 Markov aaízis (utomata kockázati aaízis) 7 4. HIB-TÍV FUKCIÓK ÉS LÍZISÜK 8 4. Bevezetés 8 4. Hiba-aktív és hiba-adaptív fukciók 9 4. z adaptivitás kezeése a hibafa-aaízisbe Makro-modeek akamazása Markov-ácca törtéő modeezés 4.. Többáapotú hibafa-aaízis akamazása 4..4 Zárt formuák aapá törtéő fedogozás 4 5. MEGBÍZHTÓSÁG IŐFÜGGÉSE 7 5. Bevezetés 7 5. meghibásodási ráta időbei függése 9 5. redekezésre áás időfüggése Bevezetés Kostas redekezésre em áású kompoes em avítható kompoes 4 iii. oda

4 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 5..4 Foyamatosa eeőrzött avítható kompoes z időfüggvéy módosítása megfigyeési adatok aapá eriodikusa tesztet kompoes Kompex modeek Bevezetés Foyamatosa figyet em avítható kompoes mode eriodikusa tesztet em avítható kompoes mode eriodikusa tesztet avítható kompoes mode UTOMTIKUS MOELLGEERÁLÁS Bevezetés Kapcsoódó mukák Hardver és fukcioáis redszereírás z automatikus mode-geeráás agoritmusa Speciáis esetek Megvaósítás kamazási eredméyek GY MEGBÍZHTÓSÁGÚ RESZEREK KÖZLEKEÉSI LKLMZÁSI Bevezetés vasúti biztosítóberedezések vizsgáati eárásai etermiisztikus vizsgáat etermiisztikus vizsgáat vaószíűségi adatokka Vaószíűségi aapú vizsgáatok 6 7. Vaószíűségi határértékek képzése a biztosítóberedezések vaószíűségi aapú vizsgáatához efiíciók z efogadható kockázati szitbő származtatás módszere már miősített üzemeő redszerek megbízhatósági sziteiek meghatározása már üzemeő beredezések em vaószíűségi aapú vizsgáati módszereibő származtatássa ZÁRSZÓ RÖVIÍTÉSEK JEGYZÉKE IROLOMJEGYZÉK 80. MELLÉKLETEK 85 iv. oda

5 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése. ELŐSZÓ. Igéy a agy megbízhatóságra apaikba az éet mide terüeté az ember éetét mukáát segítő gépek beredezések akamazására kerü sor. techika feődéséve ezek a beredezések egyre boyoutabbak egyre több eektroikus eemet tartamazak. z akamazások kezdetétő fotos szempot vot egy beredezés megítééséé az evégzett fukciók ismerete meett a miőség megítéése is. miőség sok paraméter együttese ezek közü egy sok esetbe az egyik egeetősebb a beredezés megbízhatósága. Megbízhatóság aatt azt a vaószíűséget értük amive a kérdéses beredezés a defiiát fukcióit végrehata. közekedés szite mide terüeté és az ipar egyes terüetei kiemete fotos a agy megbízhatóság. Ezeke a terüeteke a beredezések hibás fukció végrehatásáak hatása emberéeteket vagy agy értékű ayagi avakat veszéyeztet. Iye terüetekre péda a közekedésé a vasúti és a égi közekedés míg ipari redszereké a ukeáris erőművek működése vaamit egyes vegyi üzemekbe eátszódó foyamatok. agy megbízhatóság mit a miőség egyik aspektusáak eérését a tervezés sorá már figyeembe ke vei speciáis redszerstruktúrák akamazásáva ke biztosítai a kívát megbízhatósági szitet. Ugyaakkor a fetiekbe fesorot akamazási terüeteke a tervezői hibák tévedések kiküszöböése érdekébe em eégszeek meg a tervezői erőfeszítésekke haem függete szakértők eeőrző mukáát is igéybe veszik. Iyekor a függete szakértő többek között megbízhatóság-aaízist végez a redszerre keresvé aak eseteges gyege potait. Ez a függete szeméy áta készített eemzés többyire a hatósági egedéyezés fetétee is. megbízhatóság-aaízis eek megfeeőe fotos szerepet töt be a redszertervezésbe és a megbízhatóság kezeése eemzése küö tudomáyággá őtte ki magát. Fotosságát ezi az évekét megredezésre kerüő számos emzetközi koferecia az ige agyszámú emzetközi irodaom. Ugyaakkor a megbízhatóságga fogakozó szakemberekek a techika feődése következtébe midig úabb és úabb kihívásokka ke szembeéziük. z eektroikus eszközök feődése részbe oya agyságú részbe oya ú fukcioaitássa redekező redszerek étrehozását teszi ehetővé ameyek a korábbi aaízismódszerekke em vagy em hatékoya eemezhetőek. Ugyaakkor az eméeti eredméyek gyakorati akamazása szité em probémametes és számos megodadó kérdést vet fe. Jee disszertációba egy éháy éve bevezetett redszermegvaósítás a meghibásodás szempotábó vett adaptív visekedés aaízisehetőségeit vizsgáuk meg. Eemezzük a már megévő módszerek akamazási ehetőségeit és a redszerek egy osztáyára egyszerűbb aaízist ehetővé tévő módszert mutatuk be. Megvizsgáuk az automatikus aaízis ehetőségét mad eemezzük a módszerek akamazhatóságáak fetéteeit a vasúti redszereké.. oda

6 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése. Motivációs háttér kutatómuka eidítását egyrészrő a közekedési ágazat agy megbízhatóságú redszerek iráti igéye motiváta. közekedés midig is az egyik egveszéyesebb üzem vot a kockázatok csökketése rége is és apaikba is foyamatosa apirede va. BME Közekedésautomatikai Taszék esősorba a vasúti ágazat biztosági kérdéseive fogakozik. z eze a terüete akamazott biztosítóberedezési techika az ipari vezéréstechikai terüet egyik egösszetettebb egagyobb biztosági igéyű része. biztosítóberedezések akamazhatóságáak vizsgáata a sikeres vizsgáat eredméyeit összefogaó akamassági taúsítváyok kiadása régóta taszékük egeetősebb ipari megbízásai közé tartozak. Ezek a mukák igéyeték a egúabb európai szabváyok akamazását is és eze keresztü ehetőség yíott az ezze kapcsoatos adaptációs véeméyek és probémák megismerésére. disszertációba pubikát kutatásokat másrészrő egy vaós redszer ietve az ott femerüt aaízis igéye motiváta. aksi tomerőmű Zrt. a foyamatos biztosági feesztések kereté beü 995-tő foyamatosa terveztette át és cserétette e az erőművi bokkok biztosági feügyeetét eátó védemi redszereket. z ú védemi redszerek a korszerű processzoros techiká aapuak agy itegrátságúak számos korszerű szogátatást képesek yútai. Ugyaakkor a korábba eírtakak megfeeőe itt is igéy vot hogy a bevezetésre kerüő redszert függete szakértő cég vizsgáa feü. Ezt a feadatot az MT-SzTKI Redszer- és Iráyításeméeti Kutató Laboratóriuma kapta. feüvizsgáat egyik része vot a redszer vaószíűségi aapú megbízhatóság-aaízise is meybe a szerző mit küső szakértő vett részt. védemi redszer módosításai a mai apig úabb és úabb eemzési feadatokat is igéyeek. disszertációba megeeő eredméyek kötődek még a BME Eektroikus Járműés Járműiráyítási Tudásközpot (EJJT) mukáához. közúti közekedésbe részt vevő árművek is egy biztoságkritikus foyamat részesei így egyes redszereik (küöös tekitette a apaikba egyre agyobb teret kapó eektroikus fékredszerekre és eektroikus kormáyredszerek tervezésére) megvaósításáá üzemetetéséé a kockázati aapú követeméyáítás a követeméyekek vaó megfeeés és a megfeeés megbízhatósági aapú bizoyítása kiemete fotos. Ez a téy motiváta az EJJT vezetését is amikor az EJJT iduásakor 005-be öáó proektet idított a "árműredszerek biztosági szitéek meghatározása" témaeevezésse. Ebbe a proektbe mit a proekt vezetőe vett részt a disszertáció szerzőe.. disszertáció feépítése disszertáció feépítése a következő struktúrát követi: az eső feezet a muka motivációs hátterét bemutatva bevezetőkét szogá. második feezet a téyeges szakmai bevezetés. Ebbe a feezetbe kerü bemutatásra a disszertációba eírt eredméyek kapcsoata a emzetközi kutatásokka. Itt rövide bemutatuk azokat a korábbi eredméyeket ameyekre a muka támaszkodik. harmadik feezetbe a megbízhatóságga kapcsoatos aapfogamakat és aaízis techikákat fogatuk össze küöös tekitette a hibafa-aaízisre ameyet a további vizsgáatokhoz aapmódszerek váasztottuk. egyedik feezet bemutata a korszerű eektroikus. oda

7 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése vezérőberedezésekbe akamazható hiba-adaptív visekedésmódot. Ebbe a feezetbe kerü sor a hagyomáyos aaízis módszerek adaptív redszerekre vaó akamazhatóságáak eemzésére vaamit az úoa kifeesztett zárt képetek aapá törtéő számítás módszeréek bemutatására. z ötödik feezet a megbízhatóság időbei vátozásáva fogakozik: tárgyaa a kasszikus időbei vátozást eíró modeeket és bemutata az adaptív visekedés eemzéséhez is szükséges kompex modeeket. hatodik feezet az automatikus hibamodeétrehozás kérdéskörét öei fe: vezérőredszerek automatikus eemzéséhez aá hibafa-geeráó agoritmust. hetedik feezet fogakozik a közekedési ágazat megbízhatósági kérdéseive küöös tekitette a vasúti biztosítóberedezések megbízhatóság-aaízisére. Végezetü a yocadik feezetbe rövide összefogauk a muka eredméyeit és szóuk a továbbépési ehetőségekrő..4 Köszöetyiváítás Eső heye köszöette tartozom dr. Bokor József akadémikus úrak a Közekedésautomatikai Taszék vezetőéek a szakmai és emberi támogatásáért. Már magát a disszertációt is az átaa az MT-SzTKI kutatócsoportába fekíát mukaehetőség idította e. Köszööm a bizamát ami ehetővé tette hogy kezdőkét iye agy voumeű kiemet figyemet évező muka részese ehettem. Ugyacsak sokat adott számomra az a ehetőség hogy emzetközi kofereciáko vehettem részt szerte a viágba kicsit beepiatva beekapcsoódva a megbízhatósági tudomáykörre fogakozó szakma mideapi éetébe. Köszöette tartozom dr. Gáspár éter úrak az MT-SzTKI főmukatársáak akive páyám korai szakaszába madem égy éve keresztü együtt dogoztuk megbízhatósági és átaáos redszereemzési redszerteszteési mukáko a aksi tomerőmű Zrt. számára és akitő a közös muka sorá sokat tautam. étertő tautam meg a tudomáyos cikkírás fortéyait csakúgy mit egy téma tudomáyos igéyű kidogozásáak módszereit. szerecséek köszöhetőe a későbbiekbe is részt vehettem az átaa iráyított proektekbe és taácsaiva véeméyéve ietve e disszertáció mukaheyi vitához kapcsoódó eőbíráatáva tudomáyos tevékeységemet is midig segítette. Ez úto modok köszöetet dr. Gyees Károy doces úrak akive biztoságkritikus vasúti beredezések feesztésé és függete szakértői mukáiba dogoztam együtt és aki e mukáko keresztü egy átaam addig em művet terüetet a biztoságkritikus szoftverek feesztéséek terüetét yitotta meg számomra. Köszööm figyemét ameyet tudomáyos mukámak és e disszertáció megszüetéséek szetet baráti támogatása sok segítséget eetett csakúgy mit a mukaheyi vitára ekészített eőbíráatáak szakmai észrevéteei. Ugyacsak köszöette tartozom dr. Tarai Géza egyetemi taár úrak akive a megbízhatóság-aaízis vasúti akamazási ehetőségeit vizsgátuk. Emeett köszöetet modok azért hogy részese ehettem a Tata vasútáomásra teepített eső magyarországi eektroikus biztosítóberedezés feesztési és adaptációs mukáiak ameybő szakmaiag sokat profitátam és köszööm e disszertáció korai verzióihoz fűzött értékes megegyzéseit. Végezetü szereték köszöetet modai azokak a koégáimak akikke szűkebb szakmai közegbe együttdogozi ehetőségem yít. Véeméyem szerit a. oda

8 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése szakmai feődés em csak az egyé ambíciói és szorgamá vaamit tudásá múik: agyba befoyásoa azt a szakmai közeg ameybe működik. BME Közekedésautomatikai Taszék mukatársaiva ietve az MT SzTKI Redszerés Iráyításeméeti Laboratórium mukatársaiva vaó közös muka sok szakmai ismerette gazdagított és e meett igazá keemessé tette a mideapi mukát. 4. oda

9 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése. BEVEZETÉS agy megbízhatóságú redszerek tervezési és eeőrzési kérdéseive (ietve átaáosa a redszerek megbízhatóságáva és redekezésre áásáva) küö tudomáyterüet a megbízhatóság-eméet fogakozik. Ez a tudomáyág febotható egyrészt hardver és szoftver kérdéseket tagaó részre. hardver kérdésekke fogakozó szakemberek a fizikai redszert igyekezek védetté tei a véeteszerűe feépő (eseteg egy időbe többszöröse eetkező) fizikai meghibásodásoktó. Itt em csak a megvaósított redszerstruktúra ehet kritikus de az akamazott hibafetárási mechaizmusok a fefedett hibák megszütetésére tett itézkedések is [postoakis et. a.978] [Storey 996]. szoftver kérdések között esősorba a tervezés fázisába bekövetkező emberi hibák és tévesztések hatásaiak kivédése a cé. Itt részbe a programtervezés- és programfeesztés fázisába akamazott módszerek és eárások vaamit a feépítedő szoftverstruktúra meghatározása a cé [Bittati 987]. Midkét terüet fogakozik a tervezési evek meett az eeőrzés módszereive is és küö-küö modeezi a feépő hibákat redeeességeket [Tobias és Tridade 998]. Mive a két terüet erőse összefügg (p. szisztematikus hibák eeéte) a két diszcipía ötvözéséve éháy éve ött étre a hardware-software co-desig éve emegetett ú tudomáyterüet [Csertá et. a. 996]. megbízhatóság-eméet egy másik megközeítés szerit febotható tervezési és megbízhatóság-aaízis részekre. Eek a febotásak az eőye kettős: egyrészt együtt kezei a hardver és a szoftver obektumokat másrészt igazodik a tervezés sorá akamazott feadatmegosztáshoz is. feti febotás tervezési részéé ehéz átaáos érvéyű szabáyokat adi a redszerek étrehozásához éppe ezért szakirodaom szité is ige kevés forrás emíthető. Ezze szembe az egyedieg tervezett redszer ó aaizáható átaáos módszerekke így a megbízhatóságaaízis tudomáyterüet ige aktív. megbízhatóság-aaízis techikák közü apaikba az egyik egeteredtebbe akamazott módszer a hibafa-aaízis. z eárás kiforrott módszertaa és hatékoy szoftver eszközökke redekezik [Chuig és ighua 990]. hibafaaaízis kutatások apaikba úabb és úabb eddig em vagy csak körüméyese kezehető terüeteket voak be az aaízisbe. hagyomáyos kétáapotú modee dogozó hibafa-aaízis kiteresztésre kerüt többáapotú redszerekhez [ve 985]. apaik kutatásaiba a hagsúy a diamikus redszervisekedések modeezésére heyeződött. Iye diamikus visekedési módot képviseek a hidegtartaékok esetei a késetetette bekövetkező eseméyek vagy a számítógépek piaatyi hiba miatti úraiduásai is [uga et. a. 990]. disszertációba tárgyat hiba-adaptív redszerkompoesek szité a diamikus visekedésű obektumokhoz tartozak és taá mive akamazásuk még em teredt e széeskörűe aaízisük sem megodott. Ugyaakkor a gazdasági szempotok fokozotta igéyik az erőforrásokka vaó takarékosságot így a karbatartás optimaizáása is eőtérbe kerüt. Eek következméyekét az aaízisekek em csak a redszer megbízhatóságáak átagos értékeit haem időbei vátozását is szogátatiuk ke. korábba emített úabb terüetek aaízisbe vaó bevoása igéyi a megfeeő időfüggő modeek kidogozását is. 5. oda

10 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Szité részbe gazdasági szempotú az aaízis automatizáásáak igéye. megbízhatóság-aaízis mode étrehozási és eemzési fázisokbó á. ehézség a mode étrehozási fázisba eetkezik itt a tervezéshez vaó szoros kötődés miatt ehéz átaáos módszereket étrehozi [Kocza és Bossche 997]. Jee disszertáció a megbízhatóság-aaízis témaköré beü három részprobémára összpotosít:. efiiáa a hiba-adaptív fukciókat bemutata megbízhatósági szempotbó vett eemzésük ehetőségeit és aaízis-kiteresztést avaso egységes kezehetőségük érdekébe [Szabó és Gáspár 999b];. hiba-adaptív fukciókhoz kapcsoódóa kompex megbízhatósági időfüggési modeeket vezet be [Gáspár és Szabó 998b];. Szoftver aapú redszerek hibafa-aaíziséhez automatikus modegeeráási agoritmust avaso [Gáspár és Szabó 999b]. megbízhatóság-eméet akamazási terüetei esősorba a ukeáris erőművek és a közekedés küöböző ágazatai. közekedés ágazataiba akamazott redszerek közü a vasúti biztosítóberedezések azok ameyek kiemete igéyik a agy megbízhatóságra vaó tervezés akamazását és ameyeké a megvaósított biztosági szit bizoyítása is eegedhetete [Hudoki és Rozma 985]. Mide megbízhatósági vizsgáat kritikus pota az efogadási kritérium meghatározása. Vasúti akamazások eseté az efogadási szit származtatására többfée ehetőség kíákozik ezeket a ehetőségeket eemzi a disszertáció [Szabó és Tarai 999]. 6. oda

11 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése. MEGBÍZHTÓSÁGI SZIT EFIIÁLÁS ÉS VIZSGÁLT. efiíciók z aábbiakba fesorouk a megbízhatóság-eméet egfotosabb aapfogamait. z egyébkét sokszor sziporkázóa gazdag magyar yevbe saos még em aakut ki mide egyes megbízhatósághoz kapcsoódó fogaom magyar megfeeőe (eek oka részbe a tudomáyterüet reatíve fiata vota részbe a Magyarországo vaó szűk körű akamazásba keresedő) ezért aho csak ehetséges utauk a fogaomkör ago megfeeőére [postoakis et. a.978] [Schaefer 98] [Storey 996] [Tarai d]. z átaáos érteembe vett megbízhatóság (depedabiity) magába fogaa egy redszer összes oya tuadoságát amey a agy megbízhatósági szit eérésére vagy fetartására hatássa ehet. magyar termioógia: agy megbízhatóságú redszer is az ago high depedabe system megevezések fee meg. z átaáos érteembe vett megbízhatóság része a miőségek (quaity) de em mide összetevőét fogaa magába. z átaáos érteembe vett megbízhatóság fotosabb összetevői a következők: Megbízhatóság (szűk értemű) vagy más éve működőképesség (reiabiity) Redekezésre áás (avaiabiity) Biztoság (safety) Karbatarthatóság avíthatóság (maiteabiity) Tesztehetőség (testabiity) Áttekithetőség megismerhetőség (recogizabiity) Kezehetőség (operabiity) Védettség (security). z átaáos érteembe vett biztosági eemzőkre szokás a RMS betűszóva is utai amey a reiabiity avaiabiity maitaeabiity és a safety ago szavak kezdőbetüibő képződik. Megbízhatóság (működőképesség): Egy beredezés azo tuadosága amey azt eemzi hogy a beredezés meyibe képes a számára eőírt követeméyek megadott határoko beüi meghatározott időtartamo keresztüi teesítésére. Vaószíűségkét szokás defiiái. feti eemző más megfogamazása szerit aak a vaószíűségét takara hogy a vizsgát beredezés az üzembe heyezésétő a vizsgáat időpotáig em hibásodik meg. 7. oda

12 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Redekezésre áás: ak a vaószíűsége hogy a vizsgát beredezés a t időpiaatba működőképes. meyibe a redszerbe avítást em akamazuk ez megegyezik a működőképességge. Biztoság: Egy beredezés azo tuadosága amey azt eemzi hogy a beredezés meyibe képes a működése sorá az emberi éetre vagy az ayagi avakra veszéyes áapotok ekerüésére. biztoságot sokszor a veszéyeztetettség hiáyakét defiiáák aho a veszéyeztetettség oya szituáció ameybe ehetőség va emberi éetre vagy ayagi avakra veszéyes szituáció bekövetkezésére. Vaószíűségkét szokás defiiái. Karbatarthatóság: redszer azo tuadosága hogy eáás (meghibásodás) eseté meyibe és miye időtartam aatt hozható ismét működőképes áapotba. karbatarthatóság sokszor determiisztikusa vizsgát fogaom iyekor a redszert karbatarthatóak (avíthatóak) moduk ha tetszőeges meghibásodása utá a redekezésre áó erőforrásokka (szeméyzet eszközök tartaék akatrészek) egy eőre defiiát idő etete eőtt úra működőképes áapotba hozható. efiiáható a karbatarthatóság vaószíűségkét is ekkor aak a vaószíűséget eeti hogy a redszer egy tetszőeges meghibásodása utá a redekezésre áó erőforrásokka egy eőre defiiát idő aatt úra üzemképes áapotba hozható. karbatarthatóság fogama a redszer tervezési paraméterei meett a redekezésre áó szeméyzet képzettségéek a szívoaát a redekezésre áó pótakatrész eégséges votát stb. is tartamazza. Tesztehetőség: redszer azo tuadosága hogy a ehetséges meghibásodásait akár ötesztekke akár küső tesztek (mauáis beavatkozás) útá képes fefedi. tesztehetőséget kétféeképpe szokás megadi: megadható az összes ehetséges meghibásodás közü a fefedhetők százaékos aráyáak kifeezéséve ietve megadható adott időegység aatt feépő meghibásodások közü fefedhetők százaékos aráyáak kifeezéséve. Áttekithetőség: redszer azo tuadosága amey azt eemzi hogy működését karbatartását avítási metódusait meyire köyű megértei. redszer tervezési paraméterei meett a dokumetáció miyeségét is tartamazza. Kezehetőség: redszer azo tuadosága amey azt eemzi hogy működtetése miye beavatkozásokat kezeéseket igéye a szükséges kezeések végrehatása egyértemű-e i. fecseréhető-e stb. Védettség: redszer azo tuadosága amey azt eemzi hogy működtetése sorá meyire képes megakadáyozi a ogosuata hozzáféréseket szádékoata vagy rossziduatú beavatkozásokat. 8. oda

13 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése agy megbízhatóságú redszerek étrehozásáak céa mide esetbe a küső vagy beső veszéyforrások hatásaiak ehárítása. beredezés működését befoyásoó küső veszéyforrásokka (p. födregés) a továbbiakba em fogakozuk csak a beső veszéyforrásokat eemezzük. beredezésbe (számukra károsa) hibák (faut) keetkezek. hiba a beredezés vaamey paraméteréek em megegedett etérése a éveges értéktő. Hatása feáása ehet időszakos ekkor zavarró beszéük vagy ehet áadó ekkor vátozásak evezzük. meyibe a paraméter etérés a fukcióvégrehatásba is eetkezik meghibásodás (faiure) következett be. meghibásodás defiícióa: a beredezés működésébe oya eseméy következett be amey a fukcioaitásáak tees vagy részeges evesztését vota maga utá. beredezésbe keetkező meghibásodások okai eredhetek emberi hibákbó (huma error) ameyeket a redszer tervezése kiviteezése kezeése és fetartása sorá ehet eköveti. z emberi hibák ietve visekedés modeezése küö terüet ezze a továbbiakba részetese em kíváuk fogakozi. redszerek megbízhatóságáak eemzésére akamazott paraméterek agy részéé utatuk arra hogy a paraméter többyire vaószíűségkét va defiiáva. redszerek megbízhatóságáak eemzésére em csak a vaószíűségi paraméterek kíákozak. méröki gyakorat számára sokszor obba megfogható eemzést adak az átagos értékek. Meghibásodási gyakoriság (faiure rate): Megada hogy egy adott időegység aatt a vizsgát redszer átagosa háyszor hibásodik meg. Mértékegysége /óra de gyakra haszát egység a FIT is (FIT Faiures I Time 0 9 óra aatt átagosa bekövetkező meghibásodások száma). Meghibásodások közötti átagos idő (Mea Time Betwee Faiures MTBF): Megada hogy a redszer két meghibásodása között átagosa mekkora idő teik e. Átagos avítási idő (Mea Time To Repair MTTR): megada hogy a redszer meghibásodása utái úbói üzembeáítás átagosa mekkora időt vesz igéybe. Meg ke egyezi hogy a gyakoratba akamazott redszerek agy része avítható redszer vagyis egy meghibásodás utá avítás segítségéve a redszer tovább üzemetethető. Vaak azoba em avítható (küdetéskritikus - missio critica) redszerek is ameyekbe a tees redszer meghibásodása utá már em áítható vissza a fukcioaitás. Iye redszerek p. a szeméyzet éküi rakéták és űrrakéták vezérő eektroikái de sok esetbe iyeek a repüőgépek eektroikai beredezései (és mechaikai beredezései) is hisze még ha eméetieg ehetséges is a avítás de hiáyozak a szeméyi és a tárgyi fetéteei. Ezekbe a redszerekbe az MTBF érték heyett a meghibásodásig tartó átagos idő (Mea Time To Faiure MTTF) fogamát vaamit a redekezésre áás heyett a megbízhatóság (itt túéési vaószíűségek is evezett) fogamát akamazzák. 9. oda

14 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése. biztosági (RMS) paraméterek specifikáása és kezeése Természetes igéy hogy a redszerek biztosági paramétereive szembei evárásaikat specifikáuk ietve eze biztosági követeméyekek a teesüését vizsgáuk. specifikáció kérdésköréve sok hazai és küfödi pubikáció fogakozik p. [Szabó és Tarai 00] [Szabó és Tarai 00] csakúgy mit a specifikát értékek teesítéséek ehetőségéve p. [Szabó 007a] [Szabó 007b] [Szabó et. a. 004]. E terüetekre átaáos szakterüet-függete szabváyok csakúgy étezek [IEC 6508] mit szakterüetfüggő eőírások p. a vasúti közekedés számára [E 506] [E 509]. z aábbiakba rövide összefogauk a biztosági követeméyek kezeéséek ehetséges foyamatát [Szabó 008]. Bármey redszer tervezéséek aapa a többyire a megredeő áta szogátatott specifikáció. (Szokás a specifikációt mit a megredeő és a száító közös megegyezésé aapuó aapdokumetumot tekitei.) specifikáció átaáos redszerek eseté két részbő á: a fukcioáis specifikáció dekaráa a redszer működéséve visekedéséve szembe támasztott követeméyeket míg a műszaki specifikáció íra e a köryezette vaó kapcsoat követeméyeit. agy megbízhatóságú redszerek eseté a feti két specifikációt kiegészíti egy harmadik a biztosági specifikáció amey a beredezés evárt megbízhatósági paramétereit specifikáa. Mideképpe szükséges kettéváasztauk a kezeési foyamatot egy specifikációs és egy specifikációt teesítő ietve igazoó szakaszra (. ábra). biztosági specifikáció praktikusa a tervezedő redszer fukcióibó idu ki. fukciók evárt visekedésétő vaó etérés következméyeiek és gyakoriságáak eemzéséve (kockázateemzés) vaamit egy gobáis kockázati céa vaó összevetéséve (kockázatértékeés) meghatározható a redszer áta okozott veszéyeztetések etűrhető gyakorisága (THR - Toerabe Hazard Rate). THR követeméy vaószíűségi aapú követeméy és aapvetőe a redszer architektúra megfeeő megváasztásáva az akamazott akateemek megbízhatósági szempotú megváasztásáva vaamit a szükséges meghibásodást fefedő tesztek cikusideéek megváasztásáva teesíthető. Ugyaakkor egy redszerre szembe szokás determiisztikus biztosági követeméyeket áítai részbe tapasztaati részbe a vaószíűségi aapú kritériumoko aapuva azokhoz kötve (p. egyszeres hibatűrés vagy evárt avítási idő). determiisztikus követeméyek kategóriáába tartozik a tees éetcikus aatt a redszerbe bekerüő emberi okú hibák (p. specifikációs hiba tervezési hiba üzemetetési hiba stb.) eei evárt védettség szite is. Ez a szit a SIL (Safety Itegrity Leve) és értékét a meghatározott THR követeméy aapá határozzák meg. 0. oda

15 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Követeméy oda Redszerterv oda Veszéyforrások azoosítása veszéymode étrehozás Gobáis kockázati cé meghatározása Vizsgáadó architektúra Követeméyaokáás aredszerre voatkozó THR és SIL etermiisztikus követeméyek: SIL aapá: evárt hibatűrési fok Vaószíűségi követeméyek: THR aapá: veszéyes meghibásodás gyakorisága etermiisztikus követeméyek teesüek? ige em Redszer em megfeeő Vaószíűségi követeméyek teesüek? em Redszer em megfeeő ige Redszer megfeeő -. ábra: biztosági követeméyek specifikáása és a teesüés vizsgáata specifikát biztosági követeméyek teesítése is kettős: teesítei ke a determiisztikus (hibatűrésre voatkozó) követeméyeket - ezt aapvetőe a redszerbe akamazott redudacia fokáva ietve a fokszám öveéséve ehet megtei; ietve teesítei ke a determiisztikus (veszéyes meghibásodások gyakoriságára voatkozó) követeméyeket - ezt viszot több kokures úto is teesítei ehet: akár a redudacia öveéséve akár az egyes eemek megbízhatósági paramétereiek módosításáva (megbízhatóbb eemek váasztásáva igéybevéte csökketéséve a teszteési/hibafefedési gyakoriság öveéséve). És meg ke emítei egy harmadik ehetőséget is: a követeméyek módosítását. kockázati követeméyek végső soro gazdasági követeméyek: azt ke edötei meyit ér egy adott biztosági szit. Eőforduhat hogy a redszer étrehozása sorá szembesüük ezze (ásd -. ábra). disszertáció a feti specifikációs teesítő és igazoó foyamat bizoyos eemeihez kívá hozzáárui. z eső tézisbe megfogamazott hiba-adaptív és hiba-aktív ogikák eemzésére voatkozó módszer a redszerek megbízhatósági eemzéséé (mid determiisztikus mid vaószíűségi aapú eemzések) akamazható. második a redszerek megbízhatósági eemzőiek időfüggésére voatkozó tézis a vaószíűségi követeméyek teesüéséek vizsgáatára ietve az optimáis teszt cikusidő meghatározásához haszáható. harmadik tézisbe megfogamazott automatikus hibafa-geeráási agoritmus az iteratív tervezések sorá sokszor kis módosításokka ismétődő eemzéseket segíti az automatikus hibamode geeráássa ietve ezekbő a korábba emberi erőforrássa végrehatott modeépítési épésekbő szűri ki az emberi hibákat. egyedik tézisbe megfogamazott áítások a gobáis kockázati cé kitűzését segítik.. oda

16 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Követeméy oda Redszerterv oda Veszéyforrások azoosítása veszéymode étrehozás Gobáis kockázati cé meghatározása Kiiduó (aap) architektúra Követeméyaokáás aredszerre voatkozó THR és SIL etermiisztikus követeméyek: SIL aapá: evárt hibatűrési fok Vaószíűségi követeméyek: THR aapá: veszéyes meghibásodás gyakorisága etermiisztikus követeméyek teesüek? ige em Redudacia hozzáadása a redszerhez Vaószíűségi követeméyek teesüek? em Eem megbízhatósági paraméterek módosítása ige Redszer megfeeő -. ábra: biztosági követeméyek specifikáása és a specifikáció teesítése. aízis eárások z eőző részbe bemutatott megbízhatósági eemzők vizsgáata eek megfeeőe ige fotos feadat már a tervezés fázisába is hisze a gyártóak biztosítaia mad az átadáskor bizoyítaia ke a biztosági specifikáció teesüését is. zoba amíg a fukcioáis és a műszaki specifikáció teesüése tesztekke köye igazoható a megbízhatósági paraméterek teszteéses vizsgáata ige hosszú időt és agy ayagi ráfordítást igéye mive a meghibásodásokat is tartamazó redszerkofigurációkat ke a teszteés számára eőáítai. Éppe ezért a biztosági specifikáció teesüését többyire eméeti aaízisekke végzik e ameyekek csak az aapadatai származak specifikus tesztekbő vagy a vaós éetbő. z aaízis-eárásokat két csoportra ehet botai: az egyiket az ago termioógia kvaitatív (miőségi) míg a másikat kvatitatív (meyiségi) módszerekek evezi. z ago termioógiáak megfeeőe p. vasúti terüete ehet taákozi a meyiségi biztoságigazoás és a miőségi biztoságigazoás fogamáva. Jee mukába azoba ikább a módszereket obba eemző (oha em a szó szeriti fordításbó származó) determiisztikus és vaószíűségi aapú vizsgáatokró foguk beszéi. két módszer-csoport az aábbiak szerit eemezhető: determiisztikus vizsgáat eseté egy megváaszoadó (eseteg az aaízist végző szeméytő függőe skáázadó) kérdésre keressük a váaszt. Iye pédáu a redszerekke szembe gyakra támasztott egyszeres meghibásodás kritériuma. Ez a fetéte azt íra eő a redszerre szembe hogy bármey kompoeséek meghibásodásáva szembe a redszer hibatűrő egye ameyibe csak az az egy meghibásodás aktív az adott piaatba. Eek a kritériumak a vizsgáata teesíti em teesíti eredméye záruhat csak. Ezze szembe vaószíűségi aapú vizsgáatá a redszert egy (vagy. oda

17 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése több) vaószíűségi paraméterre eemezzük (MTBF redekezésre áás stb.). vaószíűségi vizsgáatoká a redszerkompoesekrő vaószíűségi aapadatokka ke redekezük. feezet további részébe rövide bemutatuk a egfotosabb megbízhatóságaaízis eárásokat [Leveso 995] [postoakis et. a.978] [Hwag et. a. 98] [Gáspár és Szabó 998c]. következő módszerek kerüek bemutatásra: Becsési eárások Eeőrzési isták és kockázati idexek Meghibásodási módok és hatások aaízise Eseméyfa aaízis Hibafa aaízis Markov aaízis..4 Becsési eárások.4. Bevezetés becsési eárások céa egy eszköz vagy egység meghibásodási rátááak (eseteg további eemzőiek mit p. az eső év szorzófaktora a meghibásodási ráta időfüggvéye) meghatározása. módszer törtéete viszoyag rövid 975 köryéké kerüt eőször akamazásra [Jai997] [R Becore] [MIL-HBK 7F]. becsési eárások mide hardver redszert soros redszerkét kezeek em veszik figyeembe (ietve em képesek figyeembe vei) a redszerbe megvaósított redudaciát. meghibásodás szempotábó soros redszerbe bármey eem meghibásodása a tees redszer meghibásodását voa maga utá és a redszer meghibásodási rátáa az eemek meghibásodási rátáiak összegekét számítható. Becsés akamazható szoftver redszerekre is és étezik módszertaa mechaikai eemekre is [SR Becore]. Becsésse esősorba oya eszközök meghibásodási rátáát szokás számítai ameyekett egy magasabb szitű aaízisbe (p. hibafa-aaízis) már em kíváuk részetese eemezi haem u. aapeseméykét tekitük (a becsési módszerek akamazásához ásd a 4. meéketbe taáható pédát)..4. katrész számáás módszere z eárás aapmódszertaa az úgyevezett akatrész-számááso aapszik: Soros redszerkét kezeve a vizsgát obektumot az obektum meghibásodási rátáa az egyes építőeemek (akatrészek) meghibásodási rátáiak összegekét kerü számításra. z építőeemek meghibásodási rátáit tipikus eemekre ebotva kataógusok tartamazzák ameyek a módszert eíró aáások részei.. oda

18 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése vaóságot messzemeőe közeítő eredméy eéréséhez szükséges figyeembe vei az adott eszköz köryezeti igéybevéteét és miőségét is. Ezek aapá az akatrész számáási módszer az aábbi képette írható e: λ Π λ Π Π Π (-.) e e i gi aho λ e a vizsgát obektum számított meghibásodási rátáa Π e az obektum köryezeti faktora λ az i. eem átaáos meghibásodási rátáa (kataógusadat) Π Ti az i. eem hőmérséketi faktora és Π az i. eem miőségi faktora. Qi gi Ti Si Qi Π Si az i. eem eektromos igéybevétei faktora köryezeti faktor értéke ha a vizsgát obektum em mobi födi fehaszáású és övekszik mobi fehaszáás eseté. hőmérséketi faktor az rrheius mode aapá kerü meghatározásra ameyet eredetieg vegyi foyamatok eemzéséhez vezettek be de az a megfigyeés hogy a meghibásodások kezeéséé is ó akamazható. mode szerit: Π Ti k * T e a * E k T ; 5 ev K és ( T 7) ( 40 7) (-.) modebe E a az aktivizációs eergia. modebő áthatóa T40 C hőmérsékete a hőmérséketi faktor és a hőmérséket öveéséve övekszik (magasabb működési hőmérséket magasabb igéybevétet eet). z eektromos igéybevétei faktor meghatározásáá azt fetéteezik hogy egy akatrész határadatoko vaó üzemetetése az akatrész idő eőtti meghibásodását eredméyezi vaamit azt hogy 50% az az igéybevéte ameyé az akatrész átagos megbízhatósági adatokat produká. Csökketve az igéybevétet csökke az akatrész meghibásodási rátáa. ( ) m p p Π 0 Si e (-.) aho p 0 a referecia-igéybevéte (50%) p a téyeges igéybevéte m pedig az eektromos faktor meyek értéke tipikusa 005 körüi. modebő áthatóa 50%- os igéybevéteé az eektromos igéybevétei faktor értéke és az igéybevéte öveéséve övekszik. miőségi faktor meghatározását az eőző két faktorra eetétbe óva agyobb szabadságfokka bízzák az aaízist végzőre. Eek a faktorak a haszáatát az a tapasztaat idokoa hogy a széeskörű miőségeeőrzési programma agy gyártási tapasztaatta redekező cégek termékei obb megbízhatósági paramétereket mutatak mit az azoos fukciókka redekező de máshoa származó termékek. miőségi faktor akamazása ietve akamazási móda méröki dötés kérdése. 4. oda

19 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése.4. Laboratóriumi iformációk figyeembevétee becsés aapmódszeréhez képes a vaóságot obba közeítő eredméyeket ehet akkor kapi ha a hipotetikus iformációk meett aboratóriumi teszt eredméyekke is redekezük a vizsgát obektum vaamey akatrészérő. Iye esetbe a aboreredméyek súyozotta vehetők figyeembe aak függvéyébe hogy mekkora mitá törtét a vizsgáat mekkora időtartam aatt törtét a vizsgáat stb. -4. képetbe g ( w) λab λ w λ (-4.) λ g az akatrész kataógusba megadott meghibásodási rátáa a aboratóriumi teszt áta szogátatott meghibásodási ráta w pedig a súyozó téyező. módszer oya esetekbe eőyös amikor em á redekezésre eégséges vagy megbízható adat az eső módszer akamazásához p. bevezetés aatt áó termékeké..4.4 Tapasztaati adatok figyeembevétee Szité a vaóságot obba közeítő eredméyek eérése motiváta a harmadik módszert ameybe a becsüt adatokat a fehaszáás sorá szerzett tapasztaati adatokka módosíták. módszer akamazható a vizsgát obektum akatrészeire vagy az akatrészek egy csoportára de gyakoribb akamazása amikor magára az obektumra akamazzák. g ( w) λvaós λ w λ (-5.) -5. képetbe λ g az akatrész kataógusba megadott meghibásodási rátáa λ vaós a korábbi működés aapá kapott meghibásodási ráta w pedig a súyozó téyező. agy megbízhatóságú redszerek eseté a gyártók miőségbiztosítási programáak szite mide esetbe része a termékek éetcikusáak követése így ezek a gyártók agyszámú üzemórá aapuó megbízhatósági adatokka redekezek termékeikrő. Ezek az adatok akamasak a becsés aapmódszeréve szerzett iformáció potosítására..5 Eeőrzési isták és kockázati idexek z eeőrzési isták a már megszerzett tapasztaat (tervezői és üzemetetői) akamazásáak szisztematikus eeőrzésére szogáak. Foyamatos feesztésükke potokba szedhető az összes oya emberi hiba amey áta okozott probémákat cészerű voa ekerüi. ista többyire Mi törtéik ha típusú kérdéseket vaamit szabváyokat és aáásokat tartamaz. hardver voatkozásába az eeőrzési isták a teszteések redszeres eeőrzések akamáva átszaak kiemekedő szerepet eősegítve hogy az eőírt evégzedő műveetek közü semmi se marado evégzeteü. z eeőrzési isták haszáata ugyaakkor kompex redszerek eseté ehézkes a kérdések megváaszoására sokszor más aaízismódszert ke akamazi. Eek következtébe agy redszerek eseté az eeőrzési isták vizsgáati eeőrzési forgatóköyvkét fukcioáhatak. λ ab 5. oda

20 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése kockázati idexek kompex redszerekbe feépő veszéyheyzetek azoosítására szogáak. Esődegese vegyipari étesítméyek számára dogozták ki őket defiiáva az ott feehető tipikus veszéyheyzeteket de ma már étezek kockázati idexek küöböző ipari terüetekre. kockázati idexek akamazásakor a redszert egységekre boták és az egyes egységekbe feehető a kockázati idexbe fesorot veszéyheyzetek aapá ragsoroák az egységeket. Kockázati idexkét ugyacsak akamazható a meghibásodások hatásaiak kritikusság vizsgáatára (oha esősorba adott feadat biztosági követeméyeiek osztáyba soroására szogá) a I V 950 [I950] ipari szabváy áta defiiát követeméy-osztáy redszer. z eseméyek besoroása itt égy paraméter akamazásáva törtéik:. meghibásodás áta okozható kár mértéke (4 fokozat S-S4). veszéy áta éritett zóába vaó tartózkodás ( fokozat -). veszéy ehárításáak ehetősége ( fokozat G-G) vaamit 4. meghibásodás bekövetkezéséek vaószíűsége ( fokozat W-W). égy szempot aapá 8 kockázati osztáyba sorohatuk a meghibásodás hatásait (-. ábra) aho a 8-as a egsúyosabb kockázati osztáy. Ezt a módszert a vasúti biztosítóberedezési techikába is akamazzák oya esetekbe amikor a fehaszát vezérőberedezés a I V 950 szeriti miősítésse redekezik. W W W S Meghibásodás hatása S G G G G S S ábra: I V 950 szeriti kockázati osztáyok megáapítása.6 Meghibásodási módok és hatások aaízise.6. FME eemzői meghibásodási módok és hatások aaízise (Faiure Mode ad Effects aysis FME) egy tetszőeges redszer aredszer vagy fukció strukturát miőségi (determiisztikus) aaízise ameyek céa a ehetséges redszermeghibásodások 6. oda

21 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése fefedése következméyeik és a redszerműködésre gyakorot hatásuk fetárása. Gyakra az FME módszert kiegészítik a meghibásodási hatás súyosságáak és vaószíűségéek a meghatározásáva iyekor a módszert meghibásodási módok hatások és kritikusság aaízisek (Faiure Mode Effects ad Criticaity aysis FMEC). oha az FME eárást a megbízhatóság-aaízis módszerek közé sorouk egagyobb eőye taá abba reik hogy rákéyszeríti a vizsgáatot végző szeméyt a redszer méy megismerésére. Éppe ezért a tervezés fázisába iteratív módo is aáott haszái..6. FME módszerta Egy FME vizsgáat az aábbi épésekbő tevődik össze: apszabáyok és fetéteezések defiiáása (redszer működési fázisok működési köryezet a működés céa stb.) z aaízisvégzés szitéek defiiáása (vao az egész redszerre vagy csak egy részére végezzük a vizsgáatot) z egyes aaizáadó egységek aegységek defiiáása (aredszer modu fukció kompoes) z összes vizsgáatba éritett kompoes ehetséges meghibásodási módaiak összegyűtése. z így yert istát sok heye hibakataógusak evezik ez a hibakataógus a későbbi vizsgáatokhoz is fehaszáható. Egyes terüeteke az FME (vagy ahhoz módszertaba hasoó) eárások számára szokváyos eemek figyeembe veedő meghibásodási módait aáások vagy szabváyok defiiáák. Mide egyes kompoes ehetséges meghibásodási módai következméyeiek fetárása következméyek osztáyozása a redszerműködésre gyakorot hatásuk aapá z egyes meghibásodási módok detektáhatóságáak vizsgáata meyibe szükséges kompezációs módok vagy tervvátoztatások vizsgáata a veszéyesek ítét meghibásodások hatásaiak ekerüésére. agy méretű redszerek eseté cészerű a vizsgáatot hierarchikusa evégezi: a redszer (akár többszitű) aredszerekre botása utá a hierarchiába au évő eemek vagy aegységek eemzése az eső épés a módszertaak megfeeőe. z egyes eem meghibásodási módok aredszerre gyakorot hatása aapá megáapíthatóak az aredszer meghibásodási módai ameyeket a hierarchia magasabb szité ugyaúgy kezeük mit az aacsoy szite a kompoes meghibásodási módokat. Kimodhatuk tehát azt hogy az FME eárás bottom-up típusú (auró idu a vizsgáat fefeé) de agy redszereké ehhez eőször a redszer top-dow típusú (feürő efeé törtéő) strukturáása szükséges. strukturáás három mode típus szerit törtéhet:. Strukturáis mode: z aegységek kompoesek meghatározásáá azok fizikai megeeését szeparátságát vesszük figyeembe 7. oda

22 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése. Fukcioáis mode: z aegységek kompoesek meghatározásáá azok fukcióit vesszük figyeembe. két módszer küöbségét mutata be a -4. ábra egy rádió adó-vevő készüék FME aaízis számára törtéő strukturáásá keresztü. dó-vevő Kommuikáció (dás-véte) Készüékház Fehagató dás Véte Hívásezés Tápeátás dó vevő egység Hívásező tea Hagató Mikrofo dó egység Mikrofo Hívásező Vevő egység Hagató Tápegység Tápegység tea -4. ábra: Rádiókészüék FME febotása strukturáisa és fukcioáisa harmadik mode a redszerbe évő redudacia meghatározására szogá eve megbízhatósági bokkdiagram. Ez esetbe az iformáció fedogozását ábrázouk soros-párhuzamos kapcsoatok segítségéve. z FME aaízis eredméyét többyire tábázatos formába eíró stíusba rögzítik az aábbi struktúrába: a vizsgát kompoes / aredszer megadása a vizsgát kompoes vagy aredszer céa fukcióa a vizsgát meghibásodási mód a meghibásodási mód magasabb egységre (aredszer vagy redszer) gyakorot hatása ietve detektáási móda..6. Kritikusság vizsgáata z FME módszer ahogy azt a feezet bevezetőébe emítettük kiegészíthető a fefedett meghibásodási hatások (ietve az őket kivátó meghibásodási módok) kategorizáásáva sorredbe áításáva. Ezze a kiegészítésse obba ráiráyítható a figyeem a gyakra bekövetkező agy fotosságú meghibásodásokra. kritikusság vizsgáatáá iparágakét más és más aapmódszert favorizáak. következőkbe ezek közü mutatuk be kettő a muka terüetéhez kapcsoódót. Kockázat rioritási Szám (Risk riority umber - R) haszáata: módszer esősorba automatizáási terüete haszáatos. apgodoata az egyes meghibásodási módok sorba áítása három kritérium szerit ameyek a következők: feépési gyakoriság a következméy súyossága és a meghibásodás detektáhatósága. három kritérium szeriti ragsor aapá mide meghibásodási módhoz hozzáredehető egy R szám: Rfeépési gyakoriság sorszáma * következméy súyosságáak sorszáma * meghibásodás detektáhatóságáak sorszáma 8. oda

23 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése z így yert R számok aapá a meghibásodási módok fotossági sorredbe áíthatóak (bár meg ke egyezi hogy a módszer speciáis esetekbe torzít és hátrább ragsoro agyobb figyemet érdemő eseméyeket). másik fotos kritikusság vizsgáati módszer amit esősorba a ukeáris és a repüőgép iparba haszáak az eem kritikusság szám akamazása. Mide egyes eemre képzik az aábbi számot: ( β λ ) C r α t (-6.) aho α a meghibásodási mód aráyszáma β a meghibásodási mód hatásáak bekövetkezési vaószíűsége λ a kompoes meghibásodási rátáa t a kompoes működési idee pedig a kompoes meghibásodási módaiak száma. kapott számok aapá az eemek kritikussági sorrede képezhető. kritikussági számok ehetőséget biztosítaak redszerek összehasoítására vaamit a redszer megbízhatóságáak öveése a kritikussági számok csökketéséve egyeértékű..7 z eseméyfa aaízis z eseméyfa (Eseméyfa: Evet Tree i. Eseméyfa aízis: Evet Tree aysis ET) biáris dötési fa ameyek céa egy kezdeti eseméy küöböző fetéteek meetti hatásaiak vizsgáata [Leveso 995]. z 970-es évek eeé kezdték akamazi oya megbízhatóságaaízis-mukáká aho a tees redszer modeezése a később bemutatadó hibafákka már kezeheteteü agy modeekhez vezetett voa. Vaóába az eseméyfa a közgazdaságtaba széeskörűe akamazott átaáos dötési fa adaptáása. z eseméyfa kiiduási pota egy kezdeti eseméy (többyire a vizsgát redszer szempotábó küső eseméy) bekövetkezése. Ezek utá küöböző kétáapotú fetéteek (p. meghibásodások) teesüéséek vagy em teesüéséek hatására az eseméyfa eágazik (ietve eágazhat). meyibe eseméy hatásait vizsgáuk ez ágat eredméyeze az eseméyfába. z eseméyfa méretéek csökketése érdekébe a em ehetséges ietve fizikai tartaomma em bíró ágakat a modeezés fázisába em is hozzák étre. z eágazásokat okozó eseméyek figyeembevétei sorrede em tetszőeges cészerű a fizikai hatásokat követi a modeezésé (p. védemi redszerek a működésük sorredébe). Következésképpe az eseméyfa ott akamazható hatásosa aho az egyes figyeembe veedő eseméyek között sorrediség áítható fe. Hasoóa az eseméyfa akamazása ehézkes a sok egyeragú eseméyt tartamazó redszerekbe. z egyes kiaakuó ágakat (más éve vágatokat) következméyük aapá kategóriákba soroák (p. biztoságos reakció vagy veszéyes áapot). z egyes vágatok bekövetkezési vaószíűsége a vágatot kiaakító eseméyek bekövetkezési ietve be em következési vaószíűségeiek szorzata (attó függőe hogy egy adott eseméy bekövetkezése vagy be em következése szükséges a vágat kiaakuásához). z egyes vágatok bekövetkezése egymást kizáró eseméy így 9. oda

24 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése ameyibe több vágat bekövetkezése is azoos következméye ár a bekövetkezési vaószíűségek összegezhetőek. Eseméyfa modere mutat pédát a -5. ábra. péda [Leveso 995] aapá egy erőművi veszéyheyzet kiaakuását eemzi.. Csőtörés. Eektromos teesítméy. Vészheyzeti hűtés 4. Hasadóayag etávoítás 5. Sérteteség Eredméy / Vaószíűség Sikeres Sikeres -5 Megfeeő / (-)(-)(-4)(-5) Kezdeti eseméy Redekezésre á - Sikeres - Sikertee -4 Sikertee 4 Sikeres -4 Sikertee 5 Sikeres -5 Sikertee 5 em megfeeő / (-)(-)(-4)5 em megfeeő / (-)(-)4(-5) em megfeeő / (-)(-)45 em megfeeő / (-)(-4) Sikertee 4 em megfeeő / (-)4 em megfeeő / -5. ábra: éda eseméyfa aaízisre z eseméyfa sok eseméy figyeembevéteére már em praktikus. Éppe ezért akamazását hibafa-aaízisse kombiáák. Iyekor az eseméyfába figyeembe vett eágazásokat okozó eseméyek küöáó hibafák csúcseseméyei. Ez a kombiáció kiküszöböi az eseméyfa korábba emített hátráyát is miszerit az egyeragú eseméyek modeezése a módszerre em cészerű iyekor ezt a probémát a hibafa-aaízis oda meg..8 hibafa aaízis.8. Bevezetés hibafa-aaízis (Faut Tree aysis FT) az egyik egszéesebb körbe eteredt megbízhatóság-aaízis módszerta. z 50-es évekbe törtét kifeesztése óta az eméeti háttere egyre megaapozottabb egyre gyorsabb és gyorsabb számítást ehetővé tévő agoritmusokat feeszteek a hibamode fedogozására és a számítási eméetek aapá számtaa a gyakoratba ó haszáható agoritmus és szoftver csomag szüetett [Brow 990] [Chuig és ighua 990] [Lee et. a.985] [Scheeweis 985] [Scheeweis 987] [Stecher 986] [Szabó 995]. E meett számtaa akamazási avasat és vizsgáati eredméy is apviágot átott p. [Rastocy és Jaota 000] [Bokor et. a. 997] [Crosetti és Bruce970]. 0. oda

25 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése.8. hibafa-aaízis módszertaa hibafa-aaízis (sok más aaízishez hasoóa) hibamode-étrehozásbó mad a mode eemzésébő á. hibafa-mode feépítése top-dow (feürő efeé építkező) séma aapá törtéik. kiiduási pot mide esetbe egy redszerszitű eseméy (p. redszer működésképteeé váik ) ameyet csúcseseméyek evezek. mode-akotás céa aak modeezése hogy a csúcseseméy mey a redszerbe feépő eseméyek (többyire meghibásodások) hatásakét áhat eő. zokat az eseméyeket ameyeket tovább már em botuk fe (eemi meghibásodások) aapeseméyekek evezzük. agy redszerek eseté cészerűte ee a csúcseseméyt egybő aapeseméyek kombiációakét feíri. Iyekor u. közbeső eseméyeket iktatuk a hibafába: ezek az eseméyek további febotást igéyeek. hibafába az egyes eseméyek kapcsoataiak modeezésére az ÉS és a VGY ogikai kapukat akamazzák. Egyes aaízis agoritmusok egedik haszái a OT műveetet (többyire csak aapeseméy szité) és a Kv (-bő K) ogikai kapcsoatot is. hibafa feépítésekor az eseméyek okait az adott redszer foyamatábráá visszafeé az eseméytő az ok iráyába haadva yomozzuk ki (deduktív aaízis). Mide egyes épésbe veszük egy okozatot és keresük hozzá egy vagy több eseméyt (kivátó okot) amey ehet eemi eseméy vagy közbeső eseméy ameyet a későbbiekbe tovább botuk. (Megegyzedő hogy már a hibafa feépítése is ige haszos segítséget yúthat: rákéyszeríti és rávezeti az aaízist végző szeméyt hogy vegye számba az összes eseméyt ameyek a csúcseseméyhez vezethetek.) z aaízisek több céa ehet:. Meghatározhatóak a csúcseseméy bekövetkezéséért feeős eseméykombiációk (miimáis vágatok eemzése).. Meghatározható a csúcseseméy bekövetkezéséek gyakorisága vagy vaószíűsége (vaószíűségi aapú eemzés).. Meghatározható a csúcseseméy bekövetkezési gyakoriságáak vagy vaószíűségéek időfüggése (időfüggő eemzés). 4. Meghatározható a csúcseseméy bekövetkezési gyakoriságáak vagy vaószíűségéek függése az egyes aapeseméyek értékeiek vátozásátó (érzékeység vizsgáat). Lássuk egy egyszerű pédát a hibafa feépítésére. édákba egy soros diódás egyeiráyító hibamodeét akotuk meg. kapcsoásba az egyeiráyító dióda a meghibásodások eei védeem miatt kettőzött. kapcsoási razot a -6. ábra míg a feépített hibafát a -5. ábra mutata. C -6. ábra: iódás egyeiráyító kapcsoási raza. oda

26 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Eső épéskét defiiáuk ke a csúcseseméyt meyek bekövetkezési vaószíűségét szereték számítai. Ez a mi esetükbe a következő eseméy: z egyeiráyító kimeeté em eeik meg az egyeiráyított feszütség (vagy 0 V vagy simítata egyeiráyított feszütség eeik meg). modeükbe az aábbi meghibásodási típusokat vettük figyeembe (a figyeembe veedő hibatípusok függhetek a defiiát csúcseseméytő): x dióda szakadttá váik x dióda záratossá váik Cx kodezátor üzemképtee esz (szakadt vagy záratos). meghibásodási típusok ismeretébe defiiáhatuk azokat az eemi eseméyeket ameyeket a csúcseseméy szempotábó figyeembe ke vei (hibakataógus). hibakataógust mutata a -. tábázat. z eseméy sorszáma Megevezés -. tábázat: Hibakataógus Bekövetkezési vaószíűség (fiktív érték). dióda szakadttá váik.0*0 -. dióda záratos esz.5*0-6. dióda szakadttá váik.0*0-4. dióda záratos esz.5* C kodezátor üzemképtee esz.*0-6 következő épésbe fefedük az egyes eemi eseméyekek a csúcseseméy bekövetkezésébe átszott szerepét. hibafa köyebb feépítése és a köyebb érthetőség miatt közbeső eseméyeket is defiiáuk. defiiát közbeső eseméyek (ezek - etérőe az eemi eseméyektő - tetszőegesek ehetek ietve akamazásuktó e is ehet tekitei) a következők: diódáko keresztü em foyik áram ietve diódák rövidzárkét visekedek. csúcseseméy ( z egyeiráyító kimeeté em eeik meg az egyeiráyított feszütség ) az aábbi három eseméy vaameyikéek bekövetkezésekor következik be: diódák rövidzárkét visekedek diódáko keresztü em foyik áram ietve C kodezátor üzemképtee esz. csúcseseméy a három eseméy VGY kapcsoata. Látható hogy ezek közü csak egy az eemi eseméy míg a további kettő közbeső eseméy meyeket tovább tuduk botai az aábbiak szerit: diódák rövidzárkét visekedek eseméy akkor következik be ha a két dióda közü egaább az egyik záratos így ez az -. tábázat -es és 4-es eemi eseméyeiek VGY kapcsoata. diódáko keresztü em foyik áram eseméy akkor következik be ha midkét dióda szakadttá váik így ez az -. tábázat -es és -as eemi eseméyeiek ÉS. oda

27 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése kapcsoata. feépített hibafát (az aapeseméyek fevett és a csúcseseméy ietve közbeső eseméyek kiszámot bekövetkezési vaószíűségéve) a -7. ábra mutata. -7. ábra: iódás egyeiráyító hibafa-struktúráa -. tábázat a pédaháózat miimáis vágatait soroa fe. -. tábázat: iódás egyeiráyító miimáis vágatai Sorszám Vaószíűség. eemi eseméy. eemi eseméy.. e-6 kodezátor em működik e-6 záratos e-6 záratos e-6 szakadt szakadt.8. hibafa-aaízis matematikai háttere következőkbe a hibafa-aaízis matematikai hátterét tekitük át [Lee et. a.985] [Leitch 995] és [Rastocy és Jaota 000] aapá..8.. Logikai kapcsoatok az aapeseméyek és a csúcseseméy között redszert biárisa modeezzük az aábbiak szerit: hibafába aapeseméy taáható u i eöi az i. aapeseméy áapotát i. u u i i Ψ Ψ U 0 ( U ) ( U ) 0 ( u u u ) K ha a csúcseseméy bekövetkezett ha a csúcseseméy em következett be. ha az aapeseméy bekövetkezett ha az aapeseméy em következett be (-7.). oda

28 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése ( U ) Ψ az aapeseméyek és a csúcseseméy ogikai kapcsoatát modeező függvéy ameyre a következő áítások igazak: Ψ Ψ Ψ ( U ) hau ( K ) ( U ) 0 hau ( 00 K0) és ( U ) Ψ( X ) hau x az összes eemre i i (-8.) meyibe Ψ( U )-t ki szereték feezi ezt megtehetük a miimáis vágatokra botott redszerbe a miimáis vágatok ogikai függvéyét eíró R ( U ) függvéyek segítségéve aho m m a miimáis vágatok száma. ( U ) R ( U ) U m Ψ (-9.).8.. miimáis vágatok meghatározása miimáis vágatok meghatározása a csúcseseméy iráyábó törtéik az aapeseméyek iráyába. kiiduás egy a csúcseseméy azoosítóát tartamazó hamaz. meyibe a csúcseseméy közbeső- vagy aapeseméyek ÉS kapcsoata a hamazba a csúcseseméy azoosítóát cseréi ke az ÉS kapcsoatba részt vevő eseméyek azoosítóira (a hamaz eemeiek a száma övekszik). meyibe a csúcseseméy közbeső- vagy aapeseméyek VGY kapcsoata az eddigi (a vizsgát csúcseseméyt tartamazó) hamaz heyett ayi számú ú hamazt ke étrehozi aháy eseméy vesz részt a VGY kapcsoatba és mide egyes ú hamazba a csúcseseméy azoosítóát redre az egyik VGY kapcsoatba részt vevő eseméy azoosítóára ke cseréi. meyibe az eső épés evégzése utá a hamaz (vagy hamazok) aapeseméyazoosítóko kívü tartamazak még közbeső eseméy azoosítókat is az ezekhez tartozó közbeső eseméyeket a csúcseseméyé megismert agoritmus szerit tovább ke botai. foyamatot addig szükséges ismétei amíg a hamazok még tartamazak közbeső eseméy azoosítókat is. foyamat eredméyeképpe eőáak a vágatok (az eseméytér oya részhamazai ameyekbe évő aapeseméyek egyideű bekövetkezésekor a csúcseseméy is bekövetkezik). Ezek a vágatok azoba em fetéteü miimáis vágatok: a miimáis vágat az eseméytér oya részhamaza ameybe évő aapeseméyek egyideű bekövetkezésekor a csúcseseméy is bekövetkezek de ha az eseméyek közü akár csak egy em következik be már maga a csúcseseméy sem következik be. miimáis vágatok vágatokbó törtéő eőáításához további két épést ke evégezi: az eső épésbe az esetegese ee évő ismétet aapeseméyeket ke redukái. z ismétet aapeseméyek egy vágatba egyé többször szerepő aapeseméyek ameyeket a Booe-agebra szabáyai szerit egyszeres aapeseméye heyettesítük. Ezek utá második épéskét redre meg ke vizsgáuk hogy az egyes vágatok em részhamazai-e más vágatokak. meyibe ige akkor megáapíthatuk hogy az a vágat ameyikek va vágat részhamaza em miimáis vágat. 4. oda

29 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése feti agoritmus ÉS és VGY kapcsoatokat képes értemezi az eseméyek bekövetkezései között ez a két aapkapua a hibafa-aaízisek. z -bő K kapuk (p. -bó ) kezeéséhez a kaput eőször heyettesítei ke az ekvivaes fukciót megvaósító ÉS és VGY kapukat tartamazó ogikáva mad ez utá a fetebb bemutatott módo evégezhető az aaízis. z agoritmus EM (OT vagy egáás) kaput csak közveteü az aapeseméy utá tud értemezi: iyekor a vágatba az aapeseméy egáta kerü. miimáis vágatok ömagukba is agyo fotos iformációt hordozak: segítségükke megáapítható hogy egyideűeg miimáisa háy meghibásodás feépése szükséges a redszerszitű eseméy (redszerhiba) bekövetkezéséhez. Sok esetbe követeméy p. az egyszeres hibatűrés teesítése ami azt íra eő hogy bármey a redszerbe feépő egyedi meghibásodás e vezesse redszerhibához. Eek a követeméyek a teesüése köye eeőrizhető a miimáis vágatok segítségéve. Ha az összes miimáis vágat kettő vagy aá több eseméyt tartamaz (másod- vagy magasabb redű miimáis vágatok) akkor az egyszeres hibatűrés fetétee teesü..8.. csúcseseméy bekövetkezési vaószíűségéek számítása miimáis vágatok aapá csúcseseméy bekövetkezési vaószíűsége kifeezhető a miimáis vágatok segítségéve: ( Ψ( U )) R ( U ) U m z uió febotható az aábbi összefüggés segítségéve: ( U B) ( ) ( B) ( I B) -. képetet akamazva a miimáis vágatok esetére: m U R m (-0.) (-.) m ( R ) ( ) ( ) ± R I Rk R I Rk I R mk I R < k < k< (-.) -. képet potosa megada a csúcseseméy bekövetkezési vaószíűségét. z egyes tagok számításáva redre au vagy feübecsüük a potos eredméyt így az egyes tagok aapá a számítás aktuáis áásáshoz tartozó potosság megadható. Számítástechikaiag hatékoyabb agoritmust kapuk a Booe-agebra tuadoságaiak akamazásáva. E szerit: ( R R ) U ( R R R ) UKU ( R R R R R ) m U R R U K m m (-.) Mive a obb oda tagai egymást kizáró eseméyek a bekövetkezési vaószíűségük összeadható. m R U m m (-4.) ( R ) ( R R ) ( R R R ) K ( R R R KR R ) 5. oda

30 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése.8..4 csúcseseméy bekövetkezési vaószíűségéek számítása miimáis vágatok ékü z oya redszerek hibafa-modeéé ameyek szeparát redudaciákat tartamazak (vagyis em tartamazak ismétet aapeseméyeket) ehetséges a csúcseseméy bekövetkezési vaószíűségéek közvete számítása az aapeseméyek bekövetkezési vaószíűségébő. Ebbe az esetbe a számítás auró fefeé ev aapá az aapeseméyekke közveteü kapcsoatba évő traszfer eseméyek bekövetkezési vaószíűségéek számításáva idu és foytatódik egésze a csúcseseméyig. számításokhoz haszát képetek a következők. z eseméy bekövetkezési vaószíűsége ha eseméy ÉS kapcsoatakét kerüt feírásra: ki i i (-5.) z eseméy bekövetkezési vaószíűsége ha eseméy VGY kapcsoatakét kerüt feírásra: ( ) ki i (-6.) módszer eőye az egyszerűsége hátráya a korátozott akamazhatóság Időfüggő aaízisek z időfüggő aaízisek céa a csúcseseméy bekövetkezési gyakoriság vagy vaószíűség időbei vátozásáak meghatározása. z időfüggő aaízisek az aapeseméyek szité a bekövetkezési vaószíűség időbei vátozását eíró modeek akamazását igéyik. z időfüggés számítása a korábba bemutatott módszereke aapu azok megadott időpotokra vaó ismétéséve Érzékeységvizsgáatok z érzékeységvizsgáatok céa aak megáapítása hogy meyibe függ a redszer megbízhatósága egy kompoes vagy kompoes típus megbízhatóságátó. Három szokásos paramétert mutatuk be:. Kockázatöveési téyező. téyező azt mutata meg háyszorosára ő a csúcseseméy bekövetkezési vaószíűsége ha a vizsgát aapeseméy (vagy aapeseméy-típus) bekövetkezési vaószíűsége -re ő (az akatrész hibás esz). téyező azt mutata meg hogy egy kompoes esetegese bekövetkező meghibásodása (bármekkora vaószíűségge is törtéik meg) meyire kritikus ietve érdemes-e az adott kompoesé redudaciát akamazi.. Kockázatcsökketési téyező: téyező azt mutata meg háyadrészére csökke a csúcseseméy bekövetkezési vaószíűsége ha a vizsgát aapeseméy (vagy aapeseméy-típus) bekövetkezési vaószíűsége 0 ee (tökéetes akatrész). téyező azt mutata meg hogy a kompoest érdemes-e agyobb megbízhatóságú másik kompoesse heyettesítei.. Kockázatvátozási téyező: téyező két csúcseseméy bekövetkezési vaószíűség háyadosa. z eső a vizsgát aapeseméy bekövetkezési i 6. oda

31 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése vaószíűségéek tízszeres értékéé kerü számításra míg a másik a vizsgát aapeseméy bekövetkezési vaószíűségéek tizedéé. téyező azt mutata meg meyire érdemes egy kompoest obbra cseréi ietve a redszermegbízhatóság öveése érdekébe meyik kompoeseket érdemes avítai..9 Markov aaízis (utomata kockázati aaízis) utomatá a redszer áapotokat és a közöttük évő átmeeteket értük. z átmeetekek fetéteeik vaak és egy kimeeti akció tartozik hozzáuk. Ha egy fetéte egy átmeete igaz esz és a redszer az ehhez tartozó áapotba va akkor a redszer az ú áapotba kerü és végrehata a kimeeti műveetet. z aaízis céa: redszer ehetséges áapotaiak ietve az áapotátmeetekek a eírása mad aaízise. Egy adott áapotba (vagy áapotcsoportba) tartózkodás vaószíűségéek meghatározása. z aaízis végrehatási épései:. redszer áapotteréek meghatározása. vizsgái kívát áapotok meghatározása (kvázi csúcseseméy). z egyes áapotok közötti átmeetek defiiáása (egy adott áapotbó mey áapotokba ehet euti) 4. z áapotátmeetek gyakoriságáak meghatározása 5. redszer aaízise. módszer eőye: redszer diamikus visekedése is ó eírható vee. módszer hátráya: agyobb redszerek ehetséges áapotaiak száma ige agy a mode feépítése szite ehetete. vizsgát veszéyheyzethez ige sok redszeráapot tartozhat. -8. ábrá két kompoesű meeg- és hidegtartaékot redszer Markov-modee átható. Meegtartaékot redszer Hidegtartaékot redszer λ λ λ λ µ µ Áapotok:. Midkét kompoes ó. Egy kompoes ó. Midkét kompoes hibás. Jeöések: λ: az eemek meghibásodási rátáa µ: avítási ráta -8. ábra: éda meegtartaékot és hidegtartaékot redszer áapot diagramára. µ µ 7. oda

32 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 4. HIB-TÍV FUKCIÓK ÉS LÍZISÜK 4. Bevezetés hibatűrési igéyű vezérőredszerekbe küööse a biztoságorietát ipari redszereké a redekezésre áás vagy működőképesség szitéek öveése az egyik fotos cé. hogy a korábbiakba már utatuk rá a redekezésre áás és a működőképesség is mérhető vaószíűségkét és sok esetbe már a követeméyek meghatározásáá specifikáák azokat a megbízhatóságra voatkozó vaószíűségi határértékeket ameyeket a redszerek teesíteie ke. Ezek a határértékek korábbi mukákbó evot tapasztaatoko aapuak vagy hatóság áta eőírt értékek. megbízhatóság öveéséek átaáos techikái a agyobb redekezésre áású kompoesek akamazása (safe-ife techika) agyobb fokú redudacia akamazása a teszteési periódusidő csökketése stb. korszerű számítógépaapú iráyítási redszerekbe akamazható módszer a feti módszerek heyett vagy meett a hiba-adaptivitás. hiba-adaptivitás ebbe az összefüggésbe a beredezés azo képességét eeti hogy képes az átaa végrehatott fukció megvátoztatására (átkofiguráására) a redszerbe ee évő detektát hibák hatására. Eek a hiba-adaptív visekedésmódak az eőfetétee a hibák (vagy azok egy részéek) detektáása [Soumeidis et. a. 994] [Bokor et. a. 99] és az így yert iformáció euttatása a fedogozó heyekre. Átaáos ev szerit a hibadetektáás eredméyeképpe eetkező többetiformáció (a e detektáta hibás vagy em) biáris státusziformációkét hozzáredehető magához a ehez. z adaptív kompoesek a diamikus redszerkompoesek csaádához tartozak és speciáis kezeést igéyeek a megbízhatóság-aaízis (p. hibafa-aaízis) számítások sorá. z adaptív kompoeseket tartamazó redszer aaízise céára a hibafa-aaízis eárást váasztottuk részbe azért mert eárásmódszertaa ó kidogozott p. [Lee et. a.985] [Stecher 986] és a módszertai evek támogatására sok hatékoy szoftver-eszköz étezik p. [Heger et. a. 995] [atterso-hie és Koe 989] részbe pedig azért mert apaikba a megbízhatóság-eméet ú kutatási iráyaiak egyike éppe a küöböző diamikus visekedések (p. számítógép úraiduás hideg- és meegtartaékok esete) modeezése és aaízise [uga et. a. 990] és a kutatók agy része is ezt a módszert favorizáa - esetekét Markov-ácokka kombiáva. Markov-ácokat akamazó modeek eheze feépíthetőek de ó aaizáhatóak ezért esetekét a hibafa-modet (amey köye feépíthető és szeméetes redszerreprezetáció) Markov-ácokká kovertáák és úgy aaizáák. hagyomáyos hibafa-aaízis techika kétáapotú hibamodee dogozik: a meghibásodás áta kivátott eseméy vagy bekövetkezik vagy em. mikor a hibaadaptív visekedésmódot modeezzük a kétáapotú mode már em megfeeő mive az eseméyek három ehetséges áapota va: em következett be; bekövetkezett de errő icse biztos iformációk (em kerüt detektáásra); ietve bekövetkezett és a bekövetkezésrő biztos iformációva redekezük (detektáódott). 8. oda

33 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése három áapot kezehető a hagyomáyos eszközökke is küöváasztva a detektát és a em detektát meghibásodásokat és az adaptivitást a kasszikus és OR kapukka modeezve de ezek a módszerek több hátráya is árak: Saos az átkofiguráódó ogikák egy részéek modeezéséhez eegedhetete OT és XOR kapuk haszáata is ezek a kapuk azoba a hibafa-aaízis aap-eemkészetébe icseek bee és a egtöbb ismert módszer em is képes veük számoi. detektá és em detektát meghibásodások (ietve meghibásodási módok) két küöáó eseméykét vaó kezeése azza a hátráya is ár hogy a kompex aapeseméy modeek ameyek a meghibásodási vaószíűség időfüggését írák e (ásd következő feezet) em haszáhatóak [Gáspár és Szabó 998b]. vaós éetbe sok oya redszer taáható ameyek visekedése (meghibásodási módai vagy potosabba redszerfukció-degradációi) em írhatóak e kétáapotú modeekke. z iye redszerek aaíziséhez többáapotú hibafa-aaízis techikát feesztettek ki amey átaáosságba mide eseméyé ehetséges degradációs áapotot keze és a degradációs áapotok számáak azoossága sem követeméy [ve 985] [Cadaroa 980] [Garribba et. a. 985]. Eek az aaízistechikáak az akamazása átaáos esetbe megehetőse boyout ami komoy akamazási hátráyt eet (eetétbe a kétáapotú hibafa-aaízisse amey a eggyakrabba akamazott megbízhatóság-aaízis techika a többáapotú hibafa-aaízist ietve a többáapotú redszeraaízist agyo ritká akamazzák). Ugyaakkor bizoyos szűkítő peremfetéteekke akamazva a módszert megodást eethet az adaptivitás modeezésébe is. Utosó módszerkét az átauk speciáisa a bemutatott probémakörhöz kifeesztett zárt képetek techikááak evezett aaízis-eárást mutatuk be amey a vezérőredszerek egy osztáyára (eváasztott redudaciát tartamazó ipari biztoságkritikus redszerek) a többi módszeré gyorsabb számítást biztosít. oha a szakirodaomba taáható éháy a diamikus redszervisekedés modeezéséve fogakozó cikk p. [oye et. a. 995] [uga et. a. 990] [Guati és uga 997] a hiba-adaptív visekedésmódra voatkozó aaízis-eárásokka em ehet taákozi. téma eméeti kérdéseive kapcsoatos cikkeik [Gáspár és Szabó 998a] [Szabó és Gáspár 999a] [Szabó és Gáspár 999b] eek következtébe az átaáos hibafa-aaízis kutatásoko aapuak (ásd. feezet) míg a gyakorati akamazás ehetőségét az eméet aapá tárgyaó cikkeik [Szabó és Gáspár 998a] [Szabó és Gáspár 998b] az eméeti eredméyeike. 4. Hiba-aktív és hiba-adaptív fukciók hibadetektáási iformáció birtokába hibateredést gátó mechaizmusok akamazhatóak a redszerbe p. a hibás e eőre defiiát értékű ee heyettesíthető. (E meett természetese vaak oya megodások ameyek a hibateredés akadáyozásához em igéyik a detektáási iformációt mit pédáu a hagyomáyos szavazóogikák.) Természetese em szükséges a feti mechaizmusok akamazása a fukcióvégrehatás összes szité. Eek következtébe egy redszer három típusú működési módot tartamazhat a hiba-adaptív visekedés szempotábó: 9. oda

34 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése ormá működési mód (ormá ogika): Eé a módá a fukcióvégrehatásba ics küöbség detektáta hibás és em detektát hibáú vagy ó ee vaó tápáás között (ics átkofiguráódás). ktív működési mód (aktív ogika): fukcióvégrehatás hasoó a ormá működési módhoz de a fukciót megvaósító egység figyei a bemeeti eek státuszait és ha azok aapá heyese em hatható végre a fukció (detektát hiba) ezt az iformációt hozzáredei a kimeeti ehez (ics átkofiguráódás va aktív hibadetektáás). daptív működési mód (adaptív ogika): fukcióvégrehatás mikéte vátozik a bemeő eekhez tartozó hibadetektáási iformációk aapá. meyibe a bemeeti eek detektát hibás vota miatt további átkofiguráódás már em ehetséges és az utoára kiváasztott fukció sem hatható végre heyese ezt az iformációt a ogika hozzáredei a kimeeti ehez (va átkofiguráódás va aktív hibadetektáás). 4-. tábázat egy v (-bó ) ogika ormá aktív és adaptív megvaósítását mutata. három bemeet küöböző áapotai meett a kimeet áapotai soroa fe a három működési típusá. 4-. tábázat: ormá aktív és adaptív v fukció Bem # Bem # Bem # Kim orm Kim aktív Kim adapt Bem # Bem # Bem # Kim orm Kim aktív Kim adapt U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U U : ormá áapotú (em hibás) e : detektáta hibás e U: em detektáta hibás e. 4. z adaptivitás kezeése a hibafa-aaízisbe 4.. Makro-modeek akamazása meyibe a hagyomáyos hibafa-aaízis techikákka ietve módszertaa szereték aktív és adaptív fukciókat is tartamazó redszert eemezi küö ke váasztauk az egyes meghibásodási aapeseméyek detektát és em detektát részét és mit egyedi aapeseméyeket ke a redszert modeező hibafába beépítei. z egyes aktív és adaptív fukciók meghibásodási ietve hibateredési 0. oda

35 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése szempotbó vett modee reatíve sok hagyomáyos FT kaput igéye esetekét szükséges OT és XOR kapuk akamazása is ami a kasszikus kétáapotú hibafaaaízisé ehézségeket okoz. mode-étrehozás megköyítése érdekébe az egyes aktív és adaptív fukciók hibafa-modeét eőre defiiáhatuk és a redszeraaízis sorá az így étrehozott u. makro-modeekke dogozhatuk. Ez az egyszerűsítés kiküszöböi a redszer küöböző heyei akamazott azoos típusú fukciók modeezéséé esetegese eőforduó emberi hibákat. Ugyaakkor a makro-modeek em eeteek megodást arra a probémára hogy a hagyomáyos hibafa-aaízisbe az egy eseméyhez tartozó detektát és em detektát összetevők végig a tees modebe küö-küö eseméykét kerüek modeezésre. Ráadásu a makro-modeek boyoutsága miatt több egymásra épüő szite is aktív vagy adaptív fukciókat akamazó redszer modee kezeheteteü aggyá váik - ietve ha eöéstechikaiag a makro-modeek akamazásáva kezehetővé is tehető az aaízis-eárások végrehatása okoz a mode agy mérete miatt probémákat. makro modeek akamazásáak másik probematikáa az azoos típusú de küöböző bemeetszámma dogozó fukciók modeezése ameyek küö-küö makro-modeeket igéyeek. 4-. ábrá a -bó szavazás (v) küöböző eseteiek makro-modees modeezését mutatuk be. ormá v fukció etektát etected faiure hiba em Udetected detektát faiure hiba etected etektát faiure hiba ktív v fukció em Udetected detektát faiure hiba 0 v v v daptív v fukció etektát etected faiure hiba em Udetected detektát faiure hiba v ábra: Makro modeek. oda

36 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 4.. Markov-ácca törtéő modeezés meyibe a meghibásodások Markov-tuadoságokka redekezek a hibafák (hibafa-modeek) Markov ácokká kovertáhatóak és a hibaaaízis a ácok aapá végezhető e. Eek a módszerek az eőye kettős: egyrészt kiküszöböi a hibafa-aaízis azo hátráyát hogy a téyeges aaízis-eárás sorá a redszer diamikus visekedéséek kezeése ehézkes vagy ehetete másrészt kiküszöböi a diamikus visekedések kezeésére kiváóa akamas Markov-ácokak azt a hátráyát hogy a redszermode feépítése agyo ehéz és átáthatata modet eredméyez. ( gyakoratba a Markov modeezést éháy tíz maximum éháy száz redszeráapotig akamazzák míg egy többszörös redudaciát tartamazó redszer meghibásodási szempotbó vett áapottere eé óva agyobb.) 4-. (a és b) ábrá a -bó szavazás (v) küöböző eseteiek Markov ácokka törtéő modeezését mutatuk be. Mide egyes redszeráapothoz egyedi áapotazoosítót és a fukció bemeeteiek státuszát eíró három számot (0: em hibás : detektát hiba : em detektát hiba) redetük. ormá v fukció ktív v fukció daptív v fukció (a) ábra: Markov modeek a v fukció modeezéséhez. oda

37 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése Jeöések: Hibametes áapot etektáta hibás áapot em detektát hiba áapota 4-. (b) ábra: Markov modeek a v fukció modeezéséhez - eöésredszer 4-. (a) ábrába az áapotokat a obb áttekithetőség érdekébe oszopokba szerveztük. z eső oszop (csak egy áapot) em tartamaz hibás bemeeti eet a második oszopba taáható áapotok redre egy hibás bemeetet tartamazak a harmadik oszop áapotai redre két hibás bemeetet míg a egyedik oszop áapotaiba midhárom bemeet detektát vagy em detektát módo em megfeeő. z ábrák csak (a fukció bemeeti eei keresztü eetkező) meghibásodások hatására feépő áapotátmeeteket tartamazzák az átmeeti itezitások a meghibásodási ráták. További áapotátmeetek vehetőek fe a teszteések hatásáak eírására (oszopo beüi átmeetek em detektát meghibásodást tartamazó áapotbó detektát hibát tartamazó áapotba) vaamit a avítások hatásáak figyeembevéteére (magasabb oszopszámú oszopbó aacsoyabba vaó átmeet visszaépés). 4.. Többáapotú hibafa-aaízis akamazása többáapotú hibafa-aaízis úabb kezeési ehetőséget biztosít az adaptivitás kezeésére. Eé a módszeré mide egyes eseméyek tetszőeges számú áapota ehet. z egyes eseméyek közötti kapcsoat defiiáására a kasszikus kapuk heyett igazságtábák akamazhatóak ameyek a kapcsoat összes ehetséges bemeő áapotához megadák a kimeeti áapotot. meyibe azoos fukciót megvaósító de küöböző bemeetszámma redekező részt ke modeezi ez csak küöböző agyságú (küöböző számú sorra redekező) igazságtábázatokka tehető meg. Esetükbe mide egyes eseméyek három ehetséges áapota va a detektát hiba a em detektát hiba és a hibametes áapot. Átaáos ogika esetére a kimeeti áapotok vaószíűségét az α igazságtábázat aapá Kai képetéve [Kai 990] számohatuk: k (t) ( pi p i... k α... t k ) t 0 (4-.) aho p i az i. eseméyhez tartozó ogika kimeeti vaószíűségi vektora ( áapotú) p a. bemeeti vaószíűségi vektor (t) a kimeet míg k a k. bemeet áapota a i három ehetséges közü. módszer hátráya az akamazáshoz szükséges igazságtábázat méretébe reik. tábázat soraiak száma áapot és bemeet eseté. Ez három-égy bemeet eseté még toeráható de p. 0 bemeet eseté (iye kapuk redudás redszerek eseté reatíve gyakra eőforduhatak) már sorú tábázatot. oda

38 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése igéye a képet. Eek a tábázatak a étrehozása tároása és fedogozása is ehézkes Zárt formuák aapá törtéő fedogozás z igazságtába aapá az egyes áapotok vaószíűsége úgy is számoható ha csak a detektát és em detektát meghibásodások vaószíűségét vesszük figyeembe. következőekbe zárt aakú képeteket aduk a hibafa-aaízis két aapkapu-típusáak három-három avátozatához (ÉS kapu VGY kapu) vaamit a eggyakoribb kiegészítő eemhez a k/ kapuhoz. képetek származtatásáak bemutatásához az. meéketbe bemutatuk a zárt aakú képetek étrehozását három bemeet esetére. z aább bemutatadó képetek átaáos kapukezeést biztosítaak éyegese megköyítve ezze az aaízist. z OR (VGY) hibafa-kapu hibaeseméy bekövetkezését ezi a kimeeté ha egaább egy bemeeti hibaeseméye bekövetkezett. meyibe a modeezett ogika em tesz küöbséget detektát és em detektát meghibásodás között a bemeeti odao a kimeeti hibaeseméy bekövetkezési vaószíűsége az összes bemeeti meghibásodás VGY kapcsoatához tartozó kasszikus képet aapá számoható. z így kiszámot érték a következő ogikai szit számára a em detektát hiba vaószíűsége. ktív ogika eseté a kimeete detektát és em detektát meghibásodási vaószíűséget is számouk természetese ezek összege (mive egymást kizáró eseméyek) meg ke hogy egyezze a ormá ogika em detektát kimeeti hibavaószíűségéve. daptív ogika eseté oya működésmódot fetéteezük amey a hibafa-kapuva modeezett ogikáá detektát bemeeti hiba eseté a hibás bemeeti e vagy érték bokkoását (számításbó vaó kivoását vagy eőre defiiát értékke törtéő heyettesítését) voa maga utá. Ez a foyamat egésze addig foytatható amíg óak átott bemeeti értéket kap a ogika. Természetese em detektát hiba eseté ics működési mód vátás hisze a em detektát hibát a ogika em áta. következő képetekbe i a detektát hiba bekövetkezési vaószíűsége az i. bemeete míg i a em detektát bemeeti hiba bekövetkezési vaószíűsége. orma OR ( m ) m m { } ( ) {... }: <... < m (4-.) ctive etor ( ) m m ( m <... < {... }: m ) (4-.) 4. oda

39 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése ctive Uet OR m m { } ( ) (4-4.) {... }: <... < m s {... m} : s s ( m ) daptive etor ( ) (4-5.) daptive UetOR ( ) m m { } ( ) (4-6.) m < <... :... m (ÉS) hibafa-kapu eseté az eőző bekezdésbe bemutatott átkofiguráás átai eőy em eetkezik hisze a kimeeti hibaeseméy csak az összes bemeeti hibaeseméy együttes bekövetkezésekor következik be. ktív mode eseté detektát kimeeti hibáró beszéhetük ha mide egyes bemeet hibás és detektátak a hibák. daptív visekedésmód defiiáása itt szükségtee mive a detektáta hibás bemeet bokkoása a fukciót em vátoztata meg. ( ) { } orma (4-7.) ctive et daptive ( ) et (4-8.) ctive U det { } : daptive U det ( ) (4-9.) ormá -bő K (Kv) hibafa-kapu csak em detektát kimeeti hibavaószíűségge redekezik a bemeete a detektát és a em detektát módo törtéő hibabekövetkezés között a ogika számára ics küöbség. z aktív ogika detektát hibát produká a kimeete ha a bemeetek közü K darab hibáát detektátuk. z adaptív ogika átkofiguráódik egy detektát hiba eseté Kv(-) ogikává (K (-)) ietve ameyibe az átkofiguráódás már em ehetséges detektát hiba következik be a kimeeté. 5. oda

40 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése orm Kv m K ( ) m K m K { } m {... }: <... < m ( ) (4-0.) m ctive m K m etkv ( ) m K { } < < ( ) (4-.) K... :... m ctive U detkv m K m m ( ) (4-.) K { } {... }: <... < m { } s... m : s s m K ( ) daptive et Kv ( ) (4-.) daptive U detkv m m K m ( ) ( m K K... < m ) {... }: <... < m s {... k} : s s z {... k} : z s: z z {... }: < { } ( (4-4.) ) I. Tézis: Megáapítottam hogy a számítógép aapú vezérőredszerekbe megvaósított hibaaktív és hiba-adaptív fukciók megbízhatósági aaízise hibafa-aaízis módszerre evégezhető. I.: Megáapítottam hogy a kérdéses fukciók modeezésére akamazható a makromodeek módszere a Markov-ácokká kovertáás vagy az átaáos többáapotú hibafa-aaízis. I.B: Zárt aakú képeteket hoztam étre a hiba-aktív és hiba-adaptív fukciók optimáis modeezéséhez és aaíziséhez. z átaam étrehozott zárt aakú képetek szeparát redudaciákat tartamazó vezérőberedezések megbízhatósági aaíziséé akamazhatóak. 6. oda

41 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 5. MEGBÍZHTÓSÁG IŐFÜGGÉSE 5. Bevezetés. feezetbe bemutatott megbízhatósági paraméterek eetős része az idő függvéyébe vátoztata az értékét. vátozás oka két összetevőre botható: egyrészt a meghibásodási ráta értéke is foyamatosa vátozik másrészt a paraméterek agy része a meghibásodási ráta expoeciáis függvéyekét írható e (egyes paraméterek mit p. a tesztehetőség átaába időivariásak). redszermegbízhatóság időfüggéséek vizsgáata az oya heyeke kiemete fotos aho eőre defiiát megbízhatósági imitértékeket ke teesítei és aho több részredszer megbízhatóságáak időfüggése küö-küö befoyásoható. z időfüggés ismerete a megbízhatósági imitértékek eéréséhez szükséges teszteési stratégiák meghatározása szempotábó is ige fotos [Bartha et. a. 005] [Szabó et. a. 008]. édakét tekitsük a következő egyszerű redszert (5-. ábra): agy megbízhatóságot három függete aredszer szavatoa ameyek a pédába ideáisak tekitet szavazóogiká (/-es szavazás) keresztü haták meg a beavatkozó potot. (z ideáis szavazóogika em teese utópisztikus fogaom: az eosztott szavazóogikák p. reés megvaósítássa redekezek ugya számításba veedő meghibásodási vaószíűségge de ez az egyes eosztott részeké eetkezik ameyek meghibásodása a szavaztati kívát ogikák meghibásodásáva soros redszereket akot.) szavazóogika típusa miatt a beavatkozási poto a működés emaradás vaószíűsége: ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) Q ( t) (5-.) Q B Foyamat (beavatkozás) v szavazó. aredszer. aredszer. aredszer Foyamat (érzékeés) 5-. ábra: péda redszere péda három aredszere periodikusa tesztet egyforma paraméterekke redekező kompoes (a kompoes modeét a későbbiekbe részetese bemutatuk). z eső részbe a periodikus tesztre midhárom akatrészé egy időbe (vagy azoa egymás utá tehát éyegébe egy időbe) kerü sor míg a 7. oda

42 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése második részbe a periodikus tesztek végrehatását egyeetese osztottuk e a tesztperiódusba. redszer eredő meghibásodási vaószíűsége az 5-. és 5-. ábrákbó áthatóa a második esetbe éyegese avu. z ábráko redre az eső a második és a harmadik aredszer vaamit a tees redszer meghibásodási vaószíűségét ábrázotuk. z időtegey ormaizát a ormáás aapa 000 óra. Teszt itervaum: 00 óra. második részbe akamazott teszt-etoások: 00 és 00 óra. Meghibásodási ráták egységese 005 óra ábra: pédaredszer eredméyei teszteési etoás ékü fetiek is mutaták hogy agy megbízhatóságú redszerekbe ige fotos az egyes kompoesek paraméterei meett a megbízhatóság időbei vátozásáak ismerete a megfeeő vaószíűségi mode akamazása az aaízis sorá. következőekbe ezért bemutatuk az időfüggést eíró átaáos szées körbe haszát modeeket és ezek kiteresztését az adaptív ogikák aaíziséhez (kompex modeek). 5-. ábra: pédaredszer eredméyei teszteési etoássa 8. oda

43 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése továbbiakba a működőképességet és kompemeter párát a működésképteeséget vizsgáuk [Leitch 995] [RiskSpectrum b]. működőképesség (reiabiity) R(t) időfüggvéy egy kompoes eseté avítás ékü az aábbi átaáos eemzőkke redekezik: és a függvéy mooto csökkeő. R ( 0 ) ; im R( t) 0 t (5-.) Sokszor szokás a meghibásodási vaószíűséget vagy más éve működésképteeséget Q(t) (ureiabiity) is kifeezi: és a függvéy mooto övekvő. Q ( 0 ) 0; imq( t) t ( t) R( t) (5-.) Q (5-4.) működésképteeség értékéek vátozási sebessége a meghibásodási sűrűségfüggvéy: meghibásodási gyakoriság (meghibásodási ráta): ( t) ( t) ( ) dq t f ( t) (5-5.) dt ( ) dq t f λ ( t) dt R Q t (5-6.) ( ) eemzők értékei ehetek időbe kostasok és ehetek időfüggők iyekor a kokrét időfüggvéye kívü az átagérték és a maximáis érték szogáhat eemzésü. 5. meghibásodási ráta időbei függése meghibásodási gyakoriság időbei vátozását az 5-4. ábra mutata. grafikoba bemutatott időfüggvéyt az 5-6. képet aapá agy számú mitahamazo evégzett vizsgáatta ehet fevei. görbe (aaka miatt kádgörbéek is szokás evezi) három ó eküöüő szakaszra botható. z eső szakaszt beáratási szakaszak evezik. Ebbe a kezdeti szakaszba azok a pédáyok hibásodak meg ameyek vaamiye gyártási probéma miatt szerkezeti hibákat tartamaztak. Ez a beáratási szakasz ige rövid átaába a gyártás utái eeőrző tesztek aatt ezaik. (ak érdekébe hogy ez a szakasz vaóba gyorsa etee a gyártók speciáis eeőrző üzemetetést akamazak: megemet hőmérsékete üzemetetik a beredezéseket. megemet hőmérséket megövekedett igéybevétet eet a beredezések így az gyorsabba öregszik. Ez az eárást beégetések (bur-i) evezik.) következő szakaszba a meghibásodási gyakoriság köze kostas. Ez a ormá működési tartomáy szakasza iyekor a véeteszerű meghibásodások domiáak. 9. oda

44 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése harmadik szakasz az öregedés fázisa itt az ayagfáradások következtébe a meghibásodási gyakoriság assú foyamatos övekedése figyehető meg. λ(t) 5-4 ábra: meghibásodási ráta időfüggése (kádgörbe) t 5. redekezésre áás időfüggése 5.. Bevezetés következőkbe oya egy kompoesbő áó redszereket vizsgáuk meg ameyekbe megegedett a kompoes cserée vagy avítása a redszer működőképességéek fetartása érdekébe. z aábbi modeek egy kivéteéve a kompoes meghibásodási gyakoriságáak áadó értékét téteezik fe vagyis a ormá működtetési tartomáyra voatkozak. kompoes meghibásodásáak időfüggését expoeciáis függvéye közeítük. z expoeciáis eírási mód a egszéesebb körbe eteredt eggyakrabba akamazott eírási mód de meg ke egyezi hogy étezek más boyoutabb eírási modeek is p. Weibu fv. meghibásodási vaószíűségi modeek feadata hogy az akatrész redekezésre em áásáak időbei vátozását defiiáák. Egyszerűbb vaószíűségi számításoká a boyoutabb modeek heyett az időbei átagértéket is szokás haszái. 5.. Kostas redekezésre em áású kompoes egegyszerűbb mode eseté az akatrész redekezésre áását kostasak fetéteezzük: és így az átagértékre az aábbi egyeőséget kapuk: Q ( t) q (5-7.) Q átag q (5-8.) feti modee eemzett akatrész csak bekapcsoáskor hibásodhat meg és a bekapcsoáskori meghibásodás vaószíűsége q. Ha az eem bekapcsoáskor 40. oda

45 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése meghibásodott avítására ehetőség ics így bármey időpotba vizsgáva a redekezésre em áását a bekapcsoáskori q vaószíűséget kapuk (5-5. ábra). Iye típusú vaószíűségi modee eemezhetőek p. az oya szeepek meyek két áapotta redekezek és bekapcsoáskor vátaak áapotot. meyibe az áapotvátás már bekövetkezett a szeep működésébe em éphet fe hiba így csak a vátáskori (bekapcsoási) meghibásodást vesszük figyeembe. Hasoó módo modeezhetőek a hideg- és meegtartaékot redszerekbe akamazott em ideáis átkapcsoók. 5.. em avítható kompoes eggyakoribb em avítható (vagy em avított) kompoes kostas meghibásodási rátáva. ( kompoes meghibásodási rátáa λ.) λ t ( ) q ( q) ( e ) Q t (5-9.) képetbe q a bekapcsoáskori meghibásodás vaószíűségét eeti. redekezésre em áás hosszú időre vett átagát eé a típusá ics érteme defiiái (és azza számításokat végezi) mert az ee. z időfüggést mutaták az 5-6. és 5-7. ábrák). 5-5 ábra: Kostas meghibásodási vaószíűségű kompoes 4. oda

46 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 5-6 ábra: em avítható kompoes Q(t) függvéye kezdeti meghibásodási vaószíűség ékü 5-7. ábra: em avítható kompoes Q(t) függvéye kezdeti meghibásodási vaószíűségge 5..4 Foyamatosa eeőrzött avítható kompoes z akatrész bármiye meghibásodása azoa fefedésre kerü és megidu a avítás. ( avítás eetheti a kompoes azoos típusú hibáta eemre törtéő ecseréését is.) defiiát avítási idő etetéve a kompoes ismét hibátau működik egésze a következő meghibásodásig. redekezésre em áás időfüggvéye: ( λ µ ) t ( e ) λ Q( t) (5-0.) λ µ aho λ a kompoes meghibásodási rátáa és µ a karbatartási gyakoriság. redekezésre em áás átagos értéke: 4. oda

47 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése λ Q átag (5-.) λ µ z ige hosszú időre számot átagérték megegyezik az áadósut áapot értékéve. z időfüggést az 5-8. ábra mutata ábra: Foyamatosa eeőrzött avítható kompoes Q(t) függvéye meyibe a bekapcsoáskori meghibásodási vaószíűségge is számouk az aábbi összefüggést kapuk a redekezésre em áásra: Q t λ λ µ ( λ µ ) t ( e ) µ t ( ) q e (5-.) µ t z összefüggés eső taga q e eeti a bekapcsoási meghibásodásbó származó részt. Látható hogy a q bekapcsoási meghibásodási vaószíűség hatása most em marad meg tetszőeges ideig mit az eőző típusoká haem a avítási időtő függőe expoeciáisa tart uához hisze eé a típusá a bekapcsoási hibát is azoa detektáuk. redekezésre em áás átagos értéke iyekor is: λ Q átag (5-.) λ µ 5..5 z időfüggvéy módosítása megfigyeési adatok aapá z eőző afeezetekbe bemutatott modeek egy-egy kompoes redekezésre áását defiiáták egy adott piaatba (ietve az idő függvéyébe). Femerü a kérdés: hogya egyeztethetőek össze ezek a modeek a kompoes megfigyet áapotáva? Hogya odható fe az a átszóagos eetmodás hogy a 4. oda

48 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése kompoesek Q vaószíűségge hibásak keee eie de mi azt tapasztauk hogy az működőképes (Q0)? következő megáapítások csak áadó meghibásodási ráta meett igazak tehát em érvéyesek a beégetési és az öregedési szakaszra. Vizsgáuk meg a em avítható kompoes működőképességét: Ugyaeek a kompoesek a működőképessége később: R t ( t) e λ (5-4.) ( t t ) λ t λ t e e R( t) R( t) λ R( t t) e (5-5.) meyibe vaamiye módo meggyőződük arró hogy a kompoes a t időpiaatba működőképes (p. tesztte ameyet meghibásodás eseté avítás is követ): ( t) ha R( ) R ( t t) R t (5-6.) Ezt az összefüggést a periodikusa tesztet kompoes modeéek étrehozásához haszáhatuk fe eriodikusa tesztet kompoes eriodikusa tesztet akatrész hibái em a hiba bekövetkezésekor haem egy eőre defiiát időpotba (eőre defiiát időitervaumokét periodikusa) efutó teszteés akamáva fedődek fe. hiba fefedésekor azoa megkezdődik a avítás mey utá az akatrész ismét üzemképes esz. periodikusa tesztet kompoes meghibásodási modee taá a egkompexebb mode ezért több a megadott paraméterek számáak megfeeőe küöböző aesetekre botottuk a vizsgáatát Csak a miimáisa megkövetet paraméterek adottak (λ TI) egegyszerűbb esetbe összese két paraméter megadása szükséges: a kompoes meghibásodási rátáa (λ) és a teszteési időitervaum (TI). Iyekor a avítási idő köze ua hosszúságú (ehayagohatóa rövid) ami azt eredméyezi hogy a teszteés utá közveteü az akatrész ismét hibáta esz. Ez a mode extrém rövid avítási idők eseté ó haszáható (5-9. ábra). redekezésre em áás időfüggvéye: λ ( t ) ( ) e TI ha TI < t < ( ) TI Q t (5-7.) Mive Q(t) TI szerit periodikus az átagértéke: Q átag TI TI λ 0 TI ( ) dt ( e ) Q t λ TI (5-8.) 44. oda

49 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 5-9. ábra: eriodikusa tesztet kompoes Q(t) függvéye z eső teszt efutásáak időpota küöbözik a további tesztcikusoktó eriodikusa tesztet eemeké gyakra akamazott az az eárás amikor a bekapcsoás utái eső teszt em a megadott teszt-cikusidő etetéve hatódik végre haem aá óva rövidebb idő utá. Eek kettős oka ehet: a bekapcsoás sok eemé oya igéybevétet eet amey megövei a meghibásodás vaószíűségét és eek (ietve a bekapcsoás utái működőképességek) a detektáása szükséges. másik ok a redudás redszerekbe akamazott karbatartás- és megbízhatóság optimaizáásba keresedő ásd a feezet eeé taáható bevezető pédát. ( képetekbe TF az eső tesztig eteő időszakot eeti): λ t ( ) e ha t < TF ( Ti 0) λ TF ( ) Q( TF ) e ha t TF λ TI ( ) Q( TI ) e ha t TF TI λ ( t TI TF ) ( ) e ha TF TI < t < TF ( ) TI Q t Q t Q t Q t z időfüggést az 5-0. ábra mutata. (5-9.) 5-0. ábra: eriodikusa tesztet kompoes Q(t) függvéye ha TF<>TI 45. oda

50 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése avítási idő em ehayagohatóa rövid és az eső teszt efutásáak időpota küöbözik a további tesztcikusoktó meyibe etérő eső tesztidőközze is számouk és a avítási időt már em ehet ehayagoi az aábbi képetekhez utuk (a képetekbe TR a avítási időt eeti): λ t ( ) e λ TI ( ) Q( TF ) e λ TI ( ) Q( TI ) e ha ha ha t < TF t TF t TF TI λ ( t TI TF ) ( ) Q( TI ) ( Q( TI )) ( e ) λ ( t TI TF ) ( ) e ha TF TI < t < TF TI TR ha TF TI TR < t < TF ( ) TI Q t Q t Q t Q t Q t (5-0.) redekezésre em áás átagos értéke: Q λ TI λ TI ( e ) ( e ) TR (5-.) λ TI TI átag Összevetve az 5-8 és az 5- képeteket megáapíthatuk hogy em végteeü rövid avítás eseté a redekezésre áás vaószíűsége csökke (Q átag ba megeet egy additív tag.) z akatrész bekapcsoáskor kostas meghibásodási vaószíűségge redekezik meyibe a kompoes kostas bekapcsoási (teszteés utái úbói üzembe áítási) meghibásodási vaószíűségge redekezik az aábbi képetek adódak a redekezésre em áásra: λ t ( ) q e hat < TF λ TI ( ) Q( TI ) q e hat TF λ ( t TI ) ( ) Q( TI ) ( Q( TI )) q e λ ( t TI ) ( ) q e hati TR < t Q t Q t Q t Q t ( ) TI hati < t < TI TR < TI (5-.) redekezésre em áás átagos értéke: Q λ TI λ TI ( e ) ( q e ) TR q (5-.) λ TI TI mea teszteés aatt a kompoes em haszáható agy megbízhatóságú redudás redszereké a redudacia fokátó függőe megegedhető és a techoógia sokszor szükségessé is teszi az oya teszteést amey aatt a kompoes (redszer aredszer) a fukció-végrehatás szempotábó em eérhető p. mert vaós eek heyett teszt-eekke tápáák. Iye esetekbe a 46. oda

51 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése teszt időtartama aatt a redekezésre áás ua értékű függeteü attó hogy mekkora vaószíűségge következett korábba be meghibásodás. λ t ( ) q e ( ) Q( TI ) q ( ) λ ( tti ) ( ) q e Q t Q t Q t Q t e λ TI ha t < TF ha t TF TI ha TI < t < TI TR ha TI TR < t < TI (5-4.) 5.4 Kompex modeek 5.4. Bevezetés meyibe egy aapeseméyé a 4. feezetbe eírtak szerit detektát és em detektát meghibásodási vaószíűségekke dogozuk és szükségessé váik a redekezésre áás időfüggéséek számítása is az eőző részbe megismert időfüggést eíró modeeket adaptái ke a probémakörhöz. z ugyaazo aapeseméyhez tartozó detektát és em detektát meghibásodások em foghatók fö két függete eseméykét és így közveteü em akamazhatók ráuk az eőző feezetbe megismert modeek. Ugyaakkor a étrehozadó kompex modeek is az eőző részbe bemutatott kasszikus modeekbő származak [Gáspár és Szabó 998b]. következő modeeké az aábbi fetéteezésekke éük: teszt cikusidee a redszer meghibásodási rátááak ietve egyéb eemző időtartamaiak ismeretébe ehayagohatóa rövid. teszt em képes az összes ehetséges meghibásodást detektái haem csak azok bizoyos százaékát (k) Foyamatosa figyet em avítható kompoes mode mode oya kompoeseket ír e ameyeké avítást em akamazak (p. megközeíthetete heyre beépített eemek ukeáris érzékeők stb.) de a hibák bizoyos százaéka a feépés utá automatikusa detektáásra kerü. det -λt k ( - e ) -λt ( )( - e ) (5-5.) u k (5-6.) det 5.4. eriodikusa tesztet em avítható kompoes mode mode a 5.4. potba bemutatott modető abba tér e hogy a meghibásodás fefedésére csak a periodikusa efoytatott tesztek kíáak ehetőséget. det -λ TI ( - e ) k (5-7.) 47. oda

52 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése aho TI < t ( ) TI det ( ) -λ ( t- TI ) ( k) - e u (5-8.) TI a teszteési periódus. detektát és em detektát hiba vaószíűségét az 5-. és az 5-. ábrák mutaták. etektát hiba vaószíűsége ha k em detektát hiba vaószíűsége ha k Meghibásodási vaószíűség TI4 Idő [év] Meghibásodási vaószíűség TI4 Idő [év] 5-. ábra: eriodikusa tesztet em avítható kompoes (k) etektát hiba vaószíűsége ha k 0.75 em detektát hiba vaószíűsége ha k 0.75 Meghibásodási vaószíűség Meghibásodási vaószíűség TI4 Idő [év] TI4 Idő [év] ábra: eriodikusa tesztet em avítható kompoes (k0.75) eriodikusa tesztet avítható kompoes mode kompoes periodikusa tesztet. detektát hibák avítására eőre defiiát időpotokba kerühet sor ameyek a teszt időpotoktó függeteek is ehetek (bár ez a megodás műszakiag cészerűte). avítási idő ehayagohatóa rövid. mode képetei az 5-7. és 5-8. képetekhez hasoóak de t heyett t0 -t akamazuk az 5-9. képet szerit: t0 t m TRI (5-9.) aho 0 t 0 <TRI TRI a avítási itervaum (két avítás közötti időtartam) m pozitív egész. em detektát részt az aábbi összefüggés íra e: u det -λ( m ) T ( - e i ) λt0 e k (5-0.) 48. oda

53 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése detektát és em detektát hibavaószíűséget az 5-. és az 5-4. ábrák mutaták. etektát hibavaószíűség ha k em detektát hibavaószíűség ha k ábra: eriodikusa tesztet avítható kompoes (k) etektát hibavaószíűség ha k 0.75 em detektát hibavaószíűség ha k ábra: eriodikusa tesztet avítható kompoes (k0.75) II. Tézis: Megáapítottam hogy a hiba-aktív és hiba-adaptív ogikákat tartamazó redszerek időfüggő megbízhatóság-eemzése kompex meghibásodási modeeket igéye. II.: Megáapítottam hogy a kompex meghibásodási modeekek a detektát és em detektát meghibásodások vaószíűségéek időbei vátozását mit két összefüggő eseméyt ke eíriuk. II.B: Kompex meghibásodási modeeket hoztam étre a periodikusa tesztet kompoesek számára. kompex időfüggő modeek akamazása törtéhet akár az eőző feezetbe bemutatott zárt aakú képetek segítségéve is. z időfüggés vizsgáata tradicioáisa az egyes időpiaatokba az időfüggő mode aapá meghatározott redszerkompoes-megbízhatósági értékek redszer-hibamodebe vaó beheyezéséve és a hibamode kiértékeéséve törtéik. 49. oda

54 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése 6. UTOMTIKUS MOELLGEERÁLÁS 6. Bevezetés agy megbízhatóságú redszerek (atomerőművi védemi redszerek vasútbiztosító beredezések repüőgép fedézeti redszerek stb.) tervezéséé agyo fotos tervezési-eeőrzési épés a megbízhatósági szit determiisztikus és/vagy vaószíűségi aapú igazoása [Bokor et. a. 997]. Ehhez az igazoáshoz sokfée módszerta kerüt kifeesztésre p. a Hibamódok és hatások aaízise (FME) Markov aaízis Eseméyfa aaízis (ET) Hibafa-aaízis (FT) stb. módszerek közü egyérteműe a hibafa-aaízist haszáák a egszéesebb körbe részbe ó kidogozott módszertaa (ásd.8 afeezet) részbe a redekezésre áó szoftver eszközök miatt. hagyomáyos hibafa-aaízis mauáis hibamode étrehozásá aapu. Ez az aaízis-fázis méy redszerismeretet agy redszer- és aaízis módszertai tapasztaatot igéye. Midezek meett a mauáis mode feépítés időigéyes és így drága vaamit magába hordozza az emberi hibák tévesztések ehetőségét. z egész aaízis-eárás eetőse gyorsítható és hibametessé tehető ameyibe a mode étrehozása automatikusa törtéik. Küööse fotos ehet hogy a hibametes modegeeráás verifikáható is így az egyes aaízisek hiteességéek a bizoyítására a későbbieke már csak a geeráás fetéteeiek betartását ke eeőrizi ietve maga a tees aaízis is bármikor reprodukáható. z automatikus hibafa-geeráás a redszervátozatok egységes kezeését is biztosíta és így kimerítő aaízist tesz ehetővé efogadhatóa rövid idő aatt. Eek egyik következméyekét a redszertervezés fázisába a megbízhatóság aaízis kvázi o-ie módo támogathata a feesztési mukát p. feesztési vátozatok azoai megbízhatóság-eemzéséve. Esetükbe az automatikus hibafa-geeráást még egy probémakör motiváta: a korszerű számítógép aapú biztosági redszerekbe adaptív visekedésű fukciókat akamazak ameyek modeezése a hibafa-aaízisbe csak ige teredemes rész-hibafákka ehetséges eetőse assítva és boyoítva ezze a mode-étrehozás fázisát és eze keresztü az aaízist. 6. Kapcsoódó mukák Természetese a viágo sok heye fogakoztata a kutatókat és gyakorati szakembereket az automatikus mode-étrehozás probémaköre. apaik egúabb eredméyei között a kifeezette számítógépek ietve számítógépes redszerek aacsoy szitű (kompoes szitű) modeezését ehetővé tévő (e meett a tervezést is segítő) RIL grafikus yev és a hozzá tartozó hibamode geeráás kifeesztése [Verumi et. a. 999] az erőművek mechaikus részeiek modeezéséhez kifeesztett KB tudásaapú redszer [Reaut et. a. 999] az aaizáadó redszer és köryezete kapcsoatát modeező Forma Risk aysis (FR) módszer [Liggesmeyer és Rothfeder 998] vaamit a redszerbokkdiagramm aapá dogozó IRS [Kocza és Bossche 997] emíthető. Korábba keetkezett mukák közü megemítük [Lapp és owers 977] agoritmusát. 50. oda

55 agy megbízhatóságú eektroikus közekedési aredszerek RMS paramétereiek kezeése feti mukák agy méységű kimerítő aaízist teszek ehetővé de em veszik figyeembe a számítógépes aapú vezérőredszerek azo saátosságát hogy a megvaósított magas szitű fukciók a hardver kofiguráció vátoztatása ékü megvátoztathatók vaamit azt az iye redszereké femerüő igéyt hogy az aaízisé az egyes redszerkompoesek (processzor egységek kommuikációs moduok stb.) már csak éháy meghibásodási paraméterre egyeek modeezhetőek. Ezek az okok vaamit az eőző afeezetbe bemutatott átaáos motiváció vezetett az aább bemutatadó eárás kifeesztéséhez [Gáspár és Szabó 999a] [Gáspár és Szabó 999b] vaamit vasúti redszerekbe törtéő akamazásáak vizsgáatához [Szabó és Tarai 000]. 6. Hardver és fukcioáis redszereírás z esődeges redszeriformáció amey a hibafa-aaízis kiiduásakét is szogá a redszer hardver topoógiáa. topoógia a redszer feépítéséhez haszát hardver eemeket tartamazza vaamit eíra a közöttük évő fizikai kapcsoatokat is. korábbi évekbe a topoógia a redszer fukcioaitását is meghatározta az eemek ó defiiát em vátoztatható fukcióa miatt. apaikba a számítógépes vezérőredszerek korába a redszer topoógiáa és fukcioaitása küövát és a végrehatott fukciók a redszer topoógiááak vátoztatása ékü is megvátoztathatók. Így szükség va egy küö eírásra amey az aktuáis fukcioaitást mutata be vaamit a hardver eemek között étreövő ogikai kapcsoatokat. Egy tipikus péda az eőzőekre egy oya háózati akamazás ameybe mide egyes efedogozó egység a háózatra csatakozik és a fizikai kapcsoatok segítségéve bármey két fedogozó egység között ogikai kapcsoat hozható étre (de ezek em szükségszerűe étezek). µ µ IO IO IO System hardware & v System fuctios 6-. ábra: Fukcioáis és hardver eírás hardver és a fukcioáis redszereírás között szoros kapcsoat va mive mide egyes fukcioáis eemet egy-egy ó defiiát hardver egység vaósít meg 5. oda