التوافر

في هندسة الموثوقية ، يحمل مصطلح التوافر المعاني التالية:

• درجة كون النظام أو النظام الفرعي أو المعدات في حالة تشغيلية وقابلة للتنفيذ محددة في بداية المهمة، عندما يتم استدعاء المهمة في وقت غير معروف، أي عشوائي.
• احتمالية أن يعمل عنصر ما بشكل مرضٍ في وقت معين عند استخدامه في ظل ظروف محددة في بيئة دعم مثالية.

عادةً ما تُحدد أنظمة التوافر العالي بنسبة 99.98% أو 99.999% أو 99.9996%. أما عكس ذلك، أي عدم التوافر ، فهو يساوي 1 ناقص نسبة التوافر.

أبسط تمثيل للتوافر ( A ) هو نسبة القيمة المتوقعة لوقت تشغيل النظام إلى مجموع القيم المتوقعة لوقت التشغيل ووقت التوقف (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 ( A ) هي نسبة متوسط ​​الوقت حتى الفشل (MTTF) إلى متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل (MTBF)، أو

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

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

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

وبالتالي، فإن التوافر A ( t ) عند الزمن t  >  0 يُعبَّر عنه بـ

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

يجب تعريف متوسط ​​التوافر على فاصل من خط الأعداد الحقيقية. إذا اعتبرنا ثابتًا اختياريًا${\displaystyle c>0}$ثم يتم تمثيل متوسط ​​التوافر على النحو التالي:

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

يتم تمثيل التوافر المحدود (أو حالة الاستقرار) بواسطة ^{[ 1 ]}

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

يتم تحديد الحد الأقصى لمتوسط ​​التوافر أيضًا على أساس فاصل زمني${\displaystyle [0,c]}$مثل،

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

التوافر 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 إجمالي الوقت (وقت التشغيل بالإضافة إلى وقت التوقف).

مكونات التوالي مقابل مكونات التوازي

لنفترض أن أحد مكونات السلسلة يتكون من المكونات A و B و C. عندئذٍ تنطبق الصيغة التالية:

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

لذلك، فإن التوافر المشترك لمكونات متعددة في سلسلة يكون دائمًا أقل من توافر المكونات الفردية.

من ناحية أخرى، تنطبق الصيغة التالية على المكونات المتوازية:

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

وبناءً على ذلك، إذا كان لديك N مكونًا متوازيًا، كل منها يتمتع بتوافر X، فإن:

توافر المكونات المتوازية =${\displaystyle 1-(1-X)^{N}}$^{[ 3 ]}

يمكن أن يؤدي استخدام المكونات المتوازية إلى زيادة توافر النظام ككل بشكل كبير. ^{[ 2 ]} على سبيل المثال، إذا كان توافر كل مضيف لديك 50% فقط، فباستخدام 10 مضيفات بالتوازي، يمكنك تحقيق توافر بنسبة 99.9023%. ^{[ 3 ]}

تجدر الإشارة إلى أن التكرار لا يؤدي دائمًا إلى زيادة التوافر. في الواقع، يزيد التكرار من التعقيد، مما يقلل بدوره من التوافر. ووفقًا لمارك بروكر، للاستفادة من التكرار، تأكد مما يلي: ^{[ 4 ]}

1. تحقق تحسناً إيجابياً صافياً في التوافر الإجمالي لنظامك
2. تتعطل مكوناتك الزائدة بشكل مستقل
3. يستطيع نظامك اكتشاف المكونات الزائدة السليمة بشكل موثوق
4. يمكن لنظامك أن يتوسع بشكل موثوق ويضيف مكونات زائدة عن الحاجة.

يُعدّ مفهوم الجاهزية راسخًا في أدبيات النمذجة العشوائية والصيانة المثلى . يُعرّف بارلو وبروشان [1975] جاهزية النظام القابل للإصلاح بأنها "احتمالية تشغيل النظام في وقت محدد t". ويُقدّم بلانشارد [1998] تعريفًا نوعيًا للجاهزية بأنها "مقياس لدرجة جاهزية النظام للتشغيل والالتزام عند بدء المهمة، عندما تُطلب المهمة في لحظة زمنية عشوائية غير معروفة". هذا التعريف مُستمد من معيار MIL-STD-721. وقد طوّر لي وهوانغ وتيلمان [1977] دراسة شاملة مصحوبة بتصنيف منهجي للجاهزية.

تُصنَّف مقاييس التوافر إما حسب الفترة الزمنية محل الاهتمام أو حسب آليات توقف النظام . إذا كانت الفترة الزمنية محل الاهتمام هي الشاغل الرئيسي، فإننا نأخذ في الاعتبار التوافر الفوري، والتوافر المحدود، والتوافر المتوسط، والتوافر المحدود المتوسط. وقد طُوِّرت التعريفات المذكورة أعلاه في بارلو وبروشان [1975]، ولي وهوانغ وتيلمان [1977]، وناشلاس [1998]. أما التصنيف الرئيسي الثاني للتوافر فيعتمد على آليات التوقف المختلفة، مثل التوافر الكامن، والتوافر المُحقَّق، والتوافر التشغيلي (بلانشارد [1998]، ولي وهوانغ وتيلمان [1977]). ويُقدِّم مي [1998] بعض نتائج المقارنة للتوافر مع الأخذ في الاعتبار التوافر الكامن.

يمكن الاطلاع على دراسة التوافر في نماذج الصيانة في المراجع التالية: بارلو وبروشان [1975] لنماذج الاستبدال، وفوزي وهاوكس [1991] لنظام R-out-of-N مع قطع الغيار والإصلاحات، وفوزي وهاوكس [1990] لنظام متسلسل مع الاستبدال والإصلاح، وإيير [1992] لنماذج الإصلاح غير الكامل، وموردوك [1995] لنماذج الصيانة الوقائية للاستبدال حسب العمر، وناشلاس [1998، 1989] لنماذج الصيانة الوقائية، ووانغ وفام [1996] لنماذج الصيانة غير الكاملة. ويُعد كتاب تريفيدي وبوبيو [2017] مرجعًا حديثًا وشاملًا في هذا المجال.

يُستخدم عامل التوافر على نطاق واسع في هندسة محطات الطاقة . على سبيل المثال، قامت مؤسسة موثوقية الكهرباء في أمريكا الشمالية بتطبيق نظام بيانات توافر التوليد في عام 1982. ^{[ 8 ]}

• الموثوقية
• هندسة الموثوقية
• هندسة السلامة
• قائمة سمات جودة النظام
• مستوى رحلة زائف
• الصيانة القائمة على الحالة
• الإبلاغ عن الأعطال
• توافر عالٍ
• رامز

•  تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022. (دعماً لـ MIL-STD-188 ).
• K. Trivedi and A. Bobbio, Reliability and Availability Engineering: Modeling, Analysis and Applications , Cambridge University Press, 2017.

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