ИНТЕРВАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАСЧЕТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТА

The paper describes a method of interval estimation of reliability indices of an object having a consistent block diagram of reliability calculation and input data for calculation of reliability indices in the form of interval estimates. The technique is based on the model of indirect measurements.Приводится методика интервальной оценки показателей надежности объекта, имеющего последовательную структурную схему расчета надежности и исходные данные для расчета показателей надежности в виде интервальных оценок. Методика базируется на модели косвенных измерений

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ С УЧЕТОМ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

The technique of reliability parameters calculation of non-restorable objects with regard to errors in the initial data is proposed. The objects, the reliability of which is ensured by structural redundancy with limited multiplicity, are considered. Such objects include an on-board equipment of small spacecrafts.Приводится методика расчета показателей надежности невосстанавливаемых объектов с учетом погрешностей исходных данных. Рассматриваются объекты, надежность которых обеспечивается путем структурного резервирования с ограниченной кратностью. К числу таких объектов относится бортовая аппаратура малогабаритных космических аппаратов

Расчет показателей надежности восстанавливаемых объектов с учетом погрешностей исходных данных

The method of reliability parameters calculation of objects with regard to inaccuracies of source data is provided. In this case, only restorable objects are considered, the reliability of which is ensured by structural redundancy with limited multiplicity. Such objects include on-board equipment of small spacecraft. Such reliability properties as uninterrupted operation, maintainability and their combinations are considered.The model of reliability of restorable object with assumptions and restrictions is given. The analysis of simple and complex recoverable blocks of structural schemes of reliability taking into account the inaccuracies of initial data is carried out, and formulas for reliability calculation of blocks of structural schemes of reliability are given.As an example of using the method, the results of reliability evaluation of a typical restorable object consisting of simple and complex blocks with loaded and unloaded reserves are presented.Предлагается методика расчета показателей надежности объектов с учетом погрешностей исходных данных. При этом рассматриваются только восстанавливаемые объекты, надежность которых обеспечивается путем структурного резервирования с ограниченной кратностью. К числу восстанавливаемых объектов относится бортовая аппаратура малогабаритных космических аппаратов. Рассматриваются такие свойства надежности, как безотказность, ремонтопригодность, и их комбинации.Анализируется модель надежности восстанавливаемого объекта с принятыми допущениями и ограничениями, а также простые и сложные восстанавливаемые блоки структурных схем надежности с учетом погрешностей исходных данных, даются формулы расчета показателей надежности блоков структурных схем надежности.В качестве примера использования методики приводятся результаты оценки надежности типового восстанавливаемого объекта, состоящего из простых и сложных блоков с нагруженными и ненагруженными резервами

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ПОЛЕТА

The technique of an assessment of current state of reliability of the onboard equipment of small spacecrafts during their flight is given. А mathematical representation of the reliability indicator of onboard equipment and the model of structure of a small spacecraft, as well as formulas for calculating the fail-safe functioning indicators of realibility diagram blocks of onboard equipment are adduced.Рассматривается методика оценки текущего состояния безотказности бортовой аппаратуры малых космических аппаратов в процессе их полета. Приводятся математическое представление показателя безотказности бортовой аппаратуры и модель структуры малого космического аппарата, а также формулы расчетов показателей безотказной работы блоков структурной схемы надежности бортовой аппаратуры

ПОВЫШЕНИЕ ИНФОРМАТИВНОСТИ РАСЧЕТНЫХ ОЦЕНОК НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ МАЛОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

An increase in the informative content of the calculated values of the reliability measure (RM) of objects, whose reliability is ensured by the redundancy of structural elements, is considered in the article. The increase of the informative content is ensured using the interval estimates of the RM. In the normal reliability calculation, the calculated value of the object’s RM is unambiguous, and for an interval reliability estimate, the value range is obtained, which can be quite appreciated as the increase in the informative content. The choice of on-board equipment for small spacecrafts as an object of research in this work is determined as follows: at present, the vast majority of spacecrafts can be classified as small spacecrafts; since the reliability of small spacecrafts is high, it is necessary to use redundancy; the Belarusian spacecraft for remote sen-sing of the Earth belongs to the category of small spacecrafts. As a result of research, the formulas for calculation of interval estimation results are established for the linear and nonlinear dependence of the object’s RM on the RM of its elements. Structural reliability schemes (SSR) are used as an object (system) reliability model, which includes blocks of elements without redundancy (simple) and blocks with different-type redundancy (complex). The object’s RM is a reliability measure determined by its SSR. Therefore, for an interval estimation of the object’s RM to be obtained, the interval estimates of the RM of its blocks must be made. RM interval estimates of simple and complex SSR blocks are obtained in the article. Complex blocks were considered as a set of parallel circuits provi- ding: continuous redundancy for all loaded circuits; non-continuous redundancy of loaded and unloaded circuits; standby redun-dancy; redundancy by voting. The formulas for interval estimation of the object’s RM represented by the SSR and the example of using the methodology on the component part of a real on-board information system are given in the article. The boundary values of the interval estimates of the example can be taken as optimistic and pessimistic estimates.Рассматривается вопрос повышения информативности расчетных значений показателей надежности (ПН) объектов (надежность которых обеспечивается путем резервирования структурных элементов) за счет использования их интервальных оценок. При обычном расчете надежности значение ПН объекта является однозначной величиной, а при интервальной оценке получается диапазон значений, что вполне можно считать повышением информативности. Выбор объектом исследований бортовой аппаратуры (БА) малогабаритных космических аппаратов (МКА) обусловлен следующим: в настоящее время подавляющее большинство космических аппаратов относятся к категории МКА; для МКА предъявляются высокие требования к надежности, что приводит к необходимости использования резервирования; Белорусский космический аппарат дистанционного зондирования Земли (БКА) относится к категории МКА. В ходе исследования установлены формулы вычисления результатов интервальной оценки при линейной и нелинейной зависимости ПН объекта от ПН его элементов. В качестве модели надежности объекта (системы) использовались структурные схемы надежности (ССН), в состав которых входят блоки из элементов без резервирования (простые) и с различными видами резервирования (сложные). Показатель надежности объекта устанавливается по его ССН, поэтому для получения его интервальной оценки необходимо определить интервальные оценки ПН его блоков. Получены интервальные оценки ПН простых и сложных блоков ССН. Сложные блоки рассматривались как совокупность параллельных цепей, обеспечивающих постоянное резервирование при всех нагруженных цепях, непостоянное резервирование нагруженных и ненагруженных цепей, резервирование замещением и голосованием. Приведены формулы интервальной оценки ПН объекта, представленного ССН, и пример использования методики на составной части реальной бортовой аппаратуры МКА – бортовой информационной системе, при этом граничные значения интервальных оценок можно принимать как оптимистические и пессимистические

Оценка надежности кластерной суперкомпьютерной конфигурации

The study of reliability indicators was carried out on the example of a cluster supercomputer configuration of “SKIF-GEO” (further cluster) worked out within the framework of the scientific and technical program “SKIF-Nedra” (2015–2018, Program of the Union State of Russia and Belarus). The cluster is a stationary supercomputer configuration designed to solve resource-intensive applications in data processing centers (DPC). Computing platforms and other cluster modules are located in the same 19′′ rack height of 42U. Theoretical peak performance of cluster – 100 Tflop/s. The basic architectural principles implemented in the cluster, the composition and structural-functional scheme of the cluster are given. A methodological support for calculating the reliability of the cluster, based on previous studies by the authors, is proposed. Taking into account these studies, the structural scheme of reliability (SSR) of the cluster, consisting of two parts – the cluster core and the combination of computing facilities (nodes) (CCF), is substantiated. The component parts (CP) include components of the cluster, the failure of which leads to a decrease in performance to zero. CCF includes CP of cluster, the failures of which lead to a decrease in cluster performance. The choice of the main indicators of the reliability of the cluster core and CCF is grounded and formulas for calculating these indicators are given. The analysis of the consequences of failures of cluster components is made. Taking into account the analysis, the SSR of the cluster core is determined, which allows to derive a formula for calculating the cluster core reliability indicators. A mathematical model of reliability (state graph) of an CCF cluster is proposed, which allows one to derive formulas for calculating the mean time to failure and the mean time for a failure of the CCF of cluster. An assessment of the reliability of CP cluster, for which there is no reliable information on their reliability, is determined based on the SSR of these CP. An assessment of the reliability of the cluster as a whole, based on the calculation of reliability indicators based on reference data on the reliability of components and components, as well as on data from the operation of supercomputers of family “SKIF” has been carried out. Taking into account this estimation and the calculated ratios obtained, the cluster reliability indicators for two options were calculated (in the presence and absence of a reserve of computing nodes). High values of cluster reliability indicators were achieved due to the architectural and structural solutions adopted in the process of its development, aimed at increasing its survivability.Исследование показателей надежности проводилось на примере кластерной суперкомпьютерной конфигурации «СКИФ-ГЕО-ЦОД РБ» (далее – кластер), разработанной в рамках научно-технической программы Союзного государства «СКИФ-Недра» (2015–2018 гг.). Кластер представляет собой стационарную суперкомпьютерную конфигурацию, предназначенную для решения ресурсоемких прикладных задач в центрах обработки данных (ЦОД). Вычислительные платформы и другие модули кластера располагаются в одной 19′′ стойке типа APC Netshelter высотой 42U. Теоретическая пиковая производительность кластера – 100 Тфлопс. Приведены базовые архитектурные принципы, реализованные в кластере, состав и структурно-функциональная схема кластера. Предложено методическое обеспечение расчета надежности кластера, базирующееся на предыдущих исследованиях авторов. Обоснована структурная схема надежности (ССН) кластера, состоящая из двух частей – ядра кластера и совокупности вычислительных средств (узлов) (СВС). В ядро кластера и в СВС входят составные части (СЧ), отказы которых приводят к снижению производительности кластера, причем в ядро входят СЧ, отказы которых приводят к снижению производительности кластера до нуля. Обоснован выбор основных показателей надежности ядра кластера и СВС, приведены формулы расчета этих показателей. Проведен анализ последствий отказов комплектующих кластер СЧ. С учетом этого анализа определена ССН ядра кластера, позволяющая определить формулу расчета показателей надежности ядра кластера. Предложена математическая модель надежности (граф состояний) СВС кластера и формулы для вычисления средней наработки на отказ и на сбой СВС кластера. Определена надежность СЧ кластера, для которых отсутствуют достоверные сведения по их надежности, на основании ССН этих СЧ. Проведена оценка надежности кластера в целом, основанная на вычислении показателей по справочным данным о надежности компонентов и комплектующих элементов, а также по данным эксплуатации суперкомпьютеров семейства «СКИФ». С учетом этой оценки и полученных расчетных соотношений рассчитаны показатели надежности кластера для двух вариантов (при наличии и отсутствии резерва вычислительных узлов). Высокие значения показателей надежности кластера были достигнуты благодаря принятым в процессе его разработки архитектурным и структурным решениям, направленным на повышение его живучести. Полученный расчет показателей надежности разработанного кластера позволит определить наиболее эффективные стратегии его эксплуатации, а также подходы к проектированию и применению кластерных суперкомпьютерных конфигураций

INTERVAL ESTIMATION OF OBJECT RELIABILITY INDICES

The paper describes a method of interval estimation of reliability indices of an object having a consistent block diagram of reliability calculation and input data for calculation of reliability indices in the form of interval estimates. The technique is based on the model of indirect measurements

RELIABILITY PARAMETERS CALCULATION OF NON-RESTORABLE OBJECTS WITH REGARD TO ERRORS IN THE INITIAL DATA

The technique of reliability parameters calculation of non-restorable objects with regard to errors in the initial data is proposed. The objects, the reliability of which is ensured by structural redundancy with limited multiplicity, are considered. Such objects include an on-board equipment of small spacecrafts

Reliability parameters calculation of restorable objects with regard to inaccuracies in the initial data

The method of reliability parameters calculation of objects with regard to inaccuracies of source data is provided. In this case, only restorable objects are considered, the reliability of which is ensured by structural redundancy with limited multiplicity. Such objects include on-board equipment of small spacecraft. Such reliability properties as uninterrupted operation, maintainability and their combinations are considered.The model of reliability of restorable object with assumptions and restrictions is given. The analysis of simple and complex recoverable blocks of structural schemes of reliability taking into account the inaccuracies of initial data is carried out, and formulas for reliability calculation of blocks of structural schemes of reliability are given.As an example of using the method, the results of reliability evaluation of a typical restorable object consisting of simple and complex blocks with loaded and unloaded reserves are presented

ASSESSMENT OF RELIABILITY OF THE ONBOARD EQUIPMENT OF SMALL SPACECRAFTS DURING THEIR FLIGHT

The technique of an assessment of current state of reliability of the onboard equipment of small spacecrafts during their flight is given. А mathematical representation of the reliability indicator of onboard equipment and the model of structure of a small spacecraft, as well as formulas for calculating the fail-safe functioning indicators of realibility diagram blocks of onboard equipment are adduced