التوفر

في هندسة الموثوقية ، مصطلح التوفر له المعاني التالية:

• الدرجة التي يكون فيها النظام أو النظام الفرعي أو المعدات في حالة تشغيلية محددة وقابلة للالتزام في بداية المهمة، عندما يتم استدعاء المهمة في وقت غير معروف، أي وقت عشوائي.
• احتمالية أن يعمل العنصر بشكل مرضي في وقت معين عند استخدامه في ظل ظروف محددة في بيئة دعم مثالية.

عادةً ما يتم تحديد أنظمة التوافر العالي بنسبة 99.98% أو 99.999% أو 99.9996%. والعكس، عدم التوافر ، يساوي 1 ناقص التوافر.

أبسط تمثيل للتوافر ( A ) هو نسبة القيمة المتوقعة لوقت التشغيل للنظام إلى مجموع القيم المتوقعة لوقت التشغيل والتوقف (الذي ينتج عنه "إجمالي الوقت" C لنافذة المراقبة)

${\displaystyle A={\frac {E[\mathrm {uptime} ]}{E[\mathrm {uptime} ]+E[\mathrm {downtime} ]}}={\frac {E[\mathrm {uptime} ]}{C}}}$

معادلة أخرى للتوافر ( أ ) هي نسبة متوسط ​​الوقت حتى الفشل (MTTF) ومتوسط ​​الوقت بين الفشل (MTBF)، أو

${\displaystyle A={\frac {MTTF}{MTTF+MTTR}}={\frac {MTTF}{MTBF}}}$

إذا قمنا بتعريف دالة الحالة على أنها ${\displaystyle X(t)}$

${\displaystyle X(t)={\begin{cases}1,&{\text{وظائف النظام في الوقت }}t\\0,&{\text{الصيانة}}\end{الحالات}}}$

 لذلك، يتم تمثيل التوفر A ( t ) في الوقت t > 0 بواسطة

${\displaystyle A(t)=\Pr[X(t)=1]=E[X(t)].\,}$

يجب تعريف متوسط ​​التوفر على فاصل الخط الحقيقي. إذا أخذنا في الاعتبار ثابتًا عشوائيًا ، فسيتم تمثيل متوسط ​​التوفر على النحو التالي ${\displaystyle c>0}$

${\displaystyle A_{c}={\frac {1}{c}}\int _{0}^{c}A(t)\,dt.}$

يتم تمثيل التوفر المحدود (أو التوفر الثابت) بواسطة ^[1]

${\displaystyle A=\lim _{c\rightarrow \infty }A_{c}.}$

يتم تعريف الحد من متوسط ​​التوفر أيضًا على فاصل زمني على النحو التالي، ${\displaystyle [0,c]}$

${\displaystyle A_{\infty }=\lim _{c\rightarrow \infty }A_{c}=\lim _{c\rightarrow \infty }{\frac {1}{c}}\int _{0}^{c}A(t)\,dt,\quad c>0.}$

التوفر هو احتمال أن يكون العنصر في حالة قابلة للتشغيل والالتزام في بداية المهمة عندما يتم استدعاء المهمة في وقت عشوائي، ويتم تعريفه بشكل عام على أنه وقت التشغيل مقسومًا على الوقت الإجمالي (وقت التشغيل بالإضافة إلى وقت التوقف).

لنفترض أن أحد مكونات السلسلة يتكون من المكونات A وB وC. عندئذٍ تنطبق الصيغة التالية:

توفر مكون السلسلة = (توفر المكون أ) × (توفر المكون ب) × (توفر المكون ج) ^{[2] [3]}

لذلك، فإن التوافر المشترك للمكونات المتعددة في سلسلة يكون دائمًا أقل من توافر المكونات الفردية.

ومن ناحية أخرى، تنطبق الصيغة التالية على المكونات المتوازية:

توفر المكونات المتوازية = 1 - (1 - توفر المكون أ) × (1 - توفر المكون ب) × (1 - توفر المكون ج) ^{[2] [3]}

وكنتيجة لذلك، إذا كان لديك N مكونًا متوازيًا يتمتع كل منها بتوفر X، فإن:

توفر المكونات المتوازية = 1 - (1 - X) ^ N ^[3]

إن استخدام المكونات المتوازية يمكن أن يزيد بشكل كبير من توفر النظام الإجمالي. ^[2] على سبيل المثال، إذا كان كل مضيف لديك يتمتع بنسبة توفر 50% فقط، فباستخدام 10 مضيفين بالتوازي، يمكنك تحقيق نسبة توفر 99.9023%. ^[3]

لاحظ أن التكرار لا يؤدي دائمًا إلى زيادة التوفر. في الواقع، يزيد التكرار من التعقيد مما يقلل بدوره من التوفر. وفقًا لمارك بروكر، للاستفادة من التكرار، تأكد من: ^[4]

1. لقد حققت تحسنًا إيجابيًا صافيًا في التوافر العام لنظامك
2. تفشل مكوناتك الزائدة بشكل مستقل
3. يمكن لنظامك اكتشاف المكونات الزائدة السليمة بشكل موثوق
4. يمكن لنظامك توسيع نطاق المكونات الزائدة وإضافتها بشكل موثوق.

يتم تطوير مخططات كتلة الموثوقية أو تحليل شجرة الخطأ لحساب مدى توفر النظام أو حالة الفشل الوظيفي داخل النظام بما في ذلك العديد من العوامل مثل:

• نماذج الموثوقية
• نماذج الصيانة
• مفاهيم الصيانة
• التكرار
• الفشل سبب شائع
• التشخيص
• مستوى الإصلاح
• حالة الإصلاح
• الأعطال الخاملة
• تغطية الاختبار
• أوقات التشغيل النشطة / المهام / حالات النظام الفرعي
• الجوانب اللوجستية مثل؛ مستويات قطع الغيار (التخزين) في المستودعات المختلفة، وأوقات النقل، وأوقات الإصلاح في خطوط الإصلاح المختلفة، وتوافر القوى العاملة والمزيد.
• عدم اليقين في المعلمات

علاوة على ذلك، فإن هذه الأساليب قادرة على تحديد العناصر الأكثر أهمية وأوضاع الفشل أو الأحداث التي تؤثر على التوافر.

التوفر المتأصل (A _i ) ^[5] احتمالية تشغيل أحد العناصر بشكل مرضٍ في نقطة زمنية معينة عند استخدامه في ظل ظروف محددة في بيئة دعم مثالية. وهو يستبعد وقت اللوجستيات، أو وقت التوقف عن العمل في الانتظار أو الإدارة، أو وقت التوقف عن العمل للصيانة الوقائية. وهو يشمل وقت التوقف عن العمل للصيانة التصحيحية. ويشتق التوفر المتأصل عمومًا من تحليل التصميم الهندسي:

1. إن تأثير العنصر القابل للإصلاح (التجديد/إعادة التصنيع ليس إصلاحًا، بل استبدالًا) على توفر النظام الذي يعمل فيه، يساوي متوسط ​​الوقت بين الأعطال MTBF/(MTBF + متوسط ​​الوقت اللازم للإصلاح MTTR).
2. إن تأثير عنصر غير قابل للإصلاح/غير قابل للإصلاح (يمكن تجديده/إعادة تصنيعه) على توفر النظام الذي يعمل فيه، يساوي متوسط ​​الوقت حتى الفشل (MTTF) / (MTTF + متوسط ​​الوقت لإصلاح MTTR).

ويتم ذلك بناءً على الكميات التي تقع تحت سيطرة المصمم.

التوفر المحقق (Aa) ^[6] احتمالية تشغيل أحد العناصر بشكل مرضٍ في نقطة زمنية معينة عند استخدامه في ظل ظروف محددة في بيئة دعم مثالية (أي أن الموظفين والأدوات وقطع الغيار وما إلى ذلك متاحون على الفور). وهو يستبعد وقت اللوجستيات والانتظار أو التوقف الإداري. ويشمل وقت التوقف عن الصيانة الوقائية والتصحيحية النشطة.

التوفر التشغيلي (Ao) ^[7] احتمالية تشغيل عنصر ما بشكل مرضٍ في نقطة زمنية معينة عند استخدامه في بيئة تشغيل ودعم فعلية أو واقعية. ويشمل ذلك وقت اللوجستيات ووقت الاستعداد ووقت الانتظار أو التوقف الإداري ووقت التوقف للصيانة الوقائية والتصحيحية. تساوي هذه القيمة متوسط ​​الوقت بين الأعطال ( MTBF ) مقسومًا على متوسط ​​الوقت بين الأعطال بالإضافة إلى متوسط ​​وقت التوقف (MDT). يوسع هذا المقياس تعريف التوفر إلى العناصر التي يتحكم فيها خبراء اللوجستيات ومخططو المهام مثل كمية وقرب قطع الغيار والأدوات والقوى العاملة من عنصر الأجهزة.

راجع هندسة النظم لمزيد من التفاصيل

إذا كنا نستخدم معدات يبلغ متوسط ​​وقت فشلها (MTTF) 81.5 عامًا ومتوسط ​​وقت إصلاحها (MTTR) ساعة واحدة:

MTTF بالساعات = 81.5 × 365 × 24 = 713940 (هذه معلمة موثوقية وغالبًا ما تكون ذات مستوى عالٍ من عدم اليقين!)

التوافر المتأصل (Ai) = 713940 / (713940+1) = 713940 / 713941 = 99.999860%

—Ả≥〈〉〈〉〈〉

عدم التوفر المتأصل = 1 / 713940 = 0.000140%

انقطاع بسبب المعدات بالساعات في السنة = 1/المعدل = 1/MTTF = 0.01235 ساعة في السنة.

إن التوافر راسخ جيدًا في أدبيات النمذجة العشوائية والصيانة المثلى . يعرّف بارلو وبروشان [1975] توافر النظام القابل للإصلاح بأنه "احتمالية تشغيل النظام في وقت محدد t". يقدم بلانشارد [1998] تعريفًا نوعيًا للتوافر بأنه "قياس لدرجة النظام الذي يكون في حالة قابلة للتشغيل وقابلة للالتزام في بداية المهمة عندما يتم استدعاء المهمة في نقطة عشوائية غير معروفة في الوقت". يأتي هذا التعريف من MIL-STD-721. طور لي وهوانج وتيلمان [1977] مسحًا كاملاً جنبًا إلى جنب مع تصنيف منهجي للتوافر.

يتم تصنيف مقاييس التوافر إما حسب الفترة الزمنية محل الاهتمام أو آليات تعطل النظام . إذا كانت الفترة الزمنية محل الاهتمام هي الشاغل الأساسي، فإننا نأخذ في الاعتبار التوافر اللحظي والمحدود والمتوسط ​​والمحدود المتوسط. تم تطوير التعريفات المذكورة أعلاه في Barlow and Proschan [1975] و Lie, Hwang, and Tillman [1977] و Nachlas [1998]. يعتمد التصنيف الأساسي الثاني للتوافر على الآليات المختلفة لتعطل النظام مثل التوافر المتأصل والتوافر المحقق والتوافر التشغيلي. (Blanchard [1998] و Lie, Hwang, and Tillman [1977]). يقدم Mi [1998] بعض نتائج المقارنة للتوافر مع مراعاة التوافر المتأصل.

يمكن العثور على التوفر المعتبر في نمذجة الصيانة في Barlow and Proschan [1975] لنماذج الاستبدال، وFawzi and Hawkes [1991] لنظام R-out-of-N مع قطع غيار وإصلاحات، وFawzi and Hawkes [1990] لنظام تسلسلي مع استبدال وإصلاح، وIyer [1992] لنماذج الإصلاح غير الكاملة، وMurdock [1995] لنماذج الصيانة الوقائية البديلة القديمة، وNachlas [1998، 1989] لنماذج الصيانة الوقائية، وWang and Pham [1996] لنماذج الصيانة غير الكاملة. يوجد كتاب شامل للغاية حديث من تأليف Trivedi وBobbio [2017].

يُستخدم عامل التوفر على نطاق واسع في هندسة محطات الطاقة . على سبيل المثال، نفذت شركة North American Electric Reliability Corporation نظام توليد بيانات التوفر في عام 1982. ^[8]

• الاعتمادية
• هندسة الموثوقية
• هندسة السلامة
• قائمة سمات جودة النظام
• مستوى الرحلة الزائفة
• الصيانة على أساس الحالة
• الإبلاغ عن الأخطاء
• توفر عالي
• الكباش

•  تتضمن هذه المقالة مواد متاحة للعامة من المعيار الفيدرالي 1037C. إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل في 2022-01-22. (دعمًا لـ MIL-STD-188 ).
• ك. تريفيدي وأ. بوبيو، هندسة الموثوقية والتوافر: النمذجة والتحليل والتطبيقات ، مطبعة جامعة كامبريدج، 2017.

• أساسيات الموثوقية والتوافر
• موثوقية النظام وتوافره
• التوفر والطرق المختلفة لحسابه
• كيفية تتبع وتحسين التوافر الفني؟