Методика анализа надежности автоматизированных систем безопасности в соответствии со стандартом мэк 61508: базовые архитектуры построения подсистем.

PFD (Probability of Failure on Demand) - средняя вероятность отказа в выполнении заданной функции безопасности (низкий уровень требований по исполнению функции безопасности, один – два раза в год).

PFH (Probability of Failure per Hour) - средняя вероятность опасного отказа в течении одного часа в режиме непрерывной работы (высокий уровень требований по исполнению функции безопасности, чаще двух раз в год).

Интенсивность отказов (лямбда) – в общем случае определяется как изменение количества отказов в единицу времени на единицу работающего оборудования, 1/час.

MTTF (Mean Time To Failure) - среднее время наработки до отказа, в часах.

MTTR (Mean Time to Repair) - среднее время на восстановление - время в часах, требуемое на восстановление исходной конфигурации системы после возникновения отказа. В расчетах чаще всего принимают значение MTTR = 8 часам (если величина MTTR специально не оговаривается производителем оборудования).

 

Архитектуру каждой подсистемы образуют один или несколько модулей:

Рисунок 3 – Подсистема состоящая из двух модулей CPU

Архитектура 1oo1 – предполагает использование одного канала, и любой возникающий в ней опасный отказ приводит к нарушению функции безопасности при обращении к ней.

Структурная схема и схема расчета надежности архитектуры 1oo1 представлены на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4 – Структурная схема архитектуры 1oo1

Рисунок 5 – Схема расчета надежности архитектуры 1oo1

На рисунке 5 показано, что канал можно рассматривать как состоящий из двух компонентов, одного с интенсивностью опасных отказов λDU, а другого с интенсивностью опасных отказов λDD. Эквивалентное среднее время простоя канала tCE можно рассчитать, суммируя времена простоя для двух компонентов, tC1 и tC2, прямо пропорционально вкладу каждого компонента в вероятность отказа канала:

Архитектура 1oo2 – представляет собой два канала, соединенных параллельно, так что любой из каналов в состоянии самостоятельно и независимо обеспечить выполнение функции безопасности. Следовательно, для нарушения функции безопасности опасные отказы должны возникнуть в обоих каналах. Предполагается, что любое диагностическое тестирование только сообщает о найденных сбоях и не может изменить ни выходные состояния каналов, ни результат голосования.

Структурная схема и схема расчета надежности архитектуры 1oo2 представлены на рисунках 6 и 7.

Рисунок 6 – Структурная схема архитектуры 1oo2

Рисунок 7 – Схема расчета надежности архитектуры 1oo2

Эквивалентное время простоя системы:

Архитектура 1oo2D – представляет собой два канала соединенных параллельно. При нормальной работе для выполнения функции безопасности необходимы два канала. Кроме того, если диагностическое тестирование обнаруживает отказ в любом канале, то результаты

анализа устанавливаются так, чтобы общее выходное состояние совпадало с результатом, выдаваемым другим каналом. Если диагностическое тестирование обнаруживает отказы в обоих каналах или несоответствие между ними, причина которого не может быть идентифицирована, то выходной сигнал переводит систему в безопасное состояние. Для обнаружения несоответствия между каналами каждый канал может определять состояние другого канала независящим от другого канала способом.

Структурная схема и схема расчета надежности архитектуры 1oo2D представлены на рисунках 8 и 9.

Рисунок 9 – Схема расчета надежности архитектуры 1oo2D

Для каждого канала λSD определяется как:

Значения эквивалентного среднего времени простоя tCE’ и tGE’ определяются как:

Архитектура 2oo2 - состоит из двух параллельных каналов. Каждый канал должен самостоятельно обеспечить выполнение функции безопасности для того чтобы она могла быть выполнена при обращении к ней.

Структурная схема и схема расчета надежности архитектуры 2oo2 представлены на рисунках 10 и 11.

Рисунок 10 – Структурная схема архитектуры 2oo2

Рисунок 11 – Схема расчета надежности архитектуры 2oo2

Архитектура 2oo3 - состоит из трёх каналов, соединенных параллельно с мажорированием выходных сигналов так, что выходное состояние не меняется, если результат, выдаваемый одним из каналов, отличается от результата, выдаваемого двумя другими каналами.

Структурная схема и схема расчета надежности архитектуры 2oo3 представлены на рисунках 12 и 13.

Рисунок 12 – Структурная схема архитектуры 2oo3

Рисунок 13 – Схема расчета надежности архитектуры 2oo3