Disponibilidad

Término en ingeniería de confiabilidad

En ingeniería de confiabilidad , el término disponibilidad tiene los siguientes significados:

• El grado en el cual un sistema , subsistema o equipo se encuentra en un estado operativo y comprometeble específico al inicio de una misión, cuando la misión es requerida en un momento desconocido, es decir , aleatorio.
• La probabilidad de que un elemento funcione satisfactoriamente en un momento dado cuando se utiliza en condiciones determinadas en un entorno de soporte ideal.

Normalmente, los sistemas de alta disponibilidad podrían especificarse como 99,98%, 99,999% o 99,9996%.

Representación

La representación más simple de la disponibilidad ( A ) es una relación entre el valor esperado del tiempo de actividad de un sistema y el agregado de los valores esperados del tiempo de actividad e inactividad (que da como resultado la "cantidad total de tiempo" C de la ventana de observación).

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

Otra ecuación para la disponibilidad ( A ) es una relación entre el tiempo medio hasta el fallo (MTTF) y el tiempo medio entre fallos (MTBF), o

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

Si definimos la función de estado como ${\displaystyle X(t)}$

${\displaystyle X(t)={\begin{cases}1,&{\text{sys functions at time }}t\\0,&{\text{maintenance}}\end{cases}}}$

Por lo tanto, la disponibilidad A ( t ) en el momento t  > 0 está representada por

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

La disponibilidad media debe definirse en un intervalo de la recta real. Si consideramos una constante arbitraria , entonces la disponibilidad media se representa como ${\displaystyle c>0}$

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

La disponibilidad límite (o de estado estable) está representada por ^[1]

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

La disponibilidad media límite también se define en un intervalo como, ${\displaystyle [0,c]}$

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

La disponibilidad es la probabilidad de que un elemento esté en un estado operativo y confirmable al inicio de una misión cuando se solicita la misión en un momento aleatorio, y generalmente se define como el tiempo de actividad dividido por el tiempo total (tiempo de actividad más tiempo de inactividad).

Componentes en serie vs. en paralelo

Componentes en serie y en paralelo

Digamos que un componente de una serie está compuesto por los componentes A, B y C. Entonces se aplica la siguiente fórmula:

Disponibilidad del componente de la serie = (disponibilidad del componente A) x (disponibilidad del componente B) x (disponibilidad del componente C) ^{[2] [3]}

Por lo tanto, la disponibilidad combinada de múltiples componentes de una serie es siempre menor que la disponibilidad de los componentes individuales.

Por otra parte, la siguiente fórmula se aplica a componentes paralelos:

Disponibilidad de componentes paralelos = 1 - (1 - disponibilidad del componente A) X (1 - disponibilidad del componente B) X (1 - disponibilidad del componente C) ^{[2] [3]}

10 hosts, cada uno con una disponibilidad del 50 %. Pero si se utilizan en paralelo y fallan de forma independiente, pueden proporcionar alta disponibilidad.

Como corolario, si tienes N componentes paralelos, cada uno con X disponibilidad, entonces:

Disponibilidad de componentes paralelos = 1 - (1 - X)^ N ^[3]

El uso de componentes paralelos puede aumentar exponencialmente la disponibilidad del sistema general. ^[2] Por ejemplo, si cada uno de sus hosts tiene solo un 50 % de disponibilidad, al usar 10 hosts en paralelo, puede lograr una disponibilidad del 99,9023 %. ^[3]

Tenga en cuenta que la redundancia no siempre conduce a una mayor disponibilidad. De hecho, la redundancia aumenta la complejidad, lo que a su vez reduce la disponibilidad. Según Marc Brooker, para aprovechar la redundancia, asegúrese de que: ^[4]

1. Obtendrá una mejora neta positiva en la disponibilidad general de su sistema.
2. Sus componentes redundantes fallan de forma independiente
3. Su sistema puede detectar de manera confiable componentes redundantes en buen estado
4. Su sistema puede escalar horizontal y verticalmente de manera confiable componentes redundantes.

Métodos y técnicas para modelar la disponibilidad

Los diagramas de bloques de confiabilidad o análisis de árbol de fallas se desarrollan para calcular la disponibilidad de un sistema o una condición de falla funcional dentro de un sistema que incluye muchos factores como:

• Modelos de confiabilidad
• Modelos de mantenibilidad
• Conceptos de mantenimiento
• Redundancia
• Falla de causa común
• Diagnóstico
• Nivel de reparación
• Estado de la reparación
• Fallas latentes
• Cobertura de pruebas
• Tiempos operativos activos / misiones / estados del subsistema
• Aspectos logísticos como; niveles de repuestos (stock) en diferentes depósitos, tiempos de transporte, tiempos de reparación en diferentes líneas de reparación, disponibilidad de mano de obra y más.
• Incertidumbre en los parámetros

Además, estos métodos son capaces de identificar los elementos más críticos y los modos de falla o eventos que impactan la disponibilidad.

Definiciones dentro de la ingeniería de sistemas

Disponibilidad inherente (A _i ) ^[5] La probabilidad de que un elemento funcione satisfactoriamente en un momento dado cuando se utiliza en condiciones establecidas en un entorno de soporte ideal. Excluye el tiempo de logística, el tiempo de espera o de inactividad administrativa y el tiempo de inactividad por mantenimiento preventivo. Incluye el tiempo de inactividad por mantenimiento correctivo. La disponibilidad inherente generalmente se deriva del análisis de un diseño de ingeniería:

1. El impacto de un elemento reparable (la restauración o remanufactura no es una reparación, sino un reemplazo) sobre la disponibilidad del sistema en el que opera es igual al tiempo medio entre fallas MTBF/(MTBF + tiempo medio de reparación MTTR).
2. El impacto de un elemento único/no reparable (que podría ser renovado/remanufacturado) sobre la disponibilidad del sistema en el que opera es igual al tiempo medio hasta el fallo (MTTF)/(MTTF + el tiempo medio de reparación MTTR).

Se basa en cantidades bajo control del diseñador.

Disponibilidad, lograda (Aa) ^[6] La probabilidad de que un elemento funcione satisfactoriamente en un momento dado cuando se utiliza en condiciones establecidas en un entorno de soporte ideal (es decir, que el personal, las herramientas, los repuestos, etc. estén disponibles instantáneamente). Excluye el tiempo de logística y el tiempo de espera o de inactividad administrativa. Incluye el tiempo de inactividad por mantenimiento preventivo y correctivo activo.

Disponibilidad, operativa (Ao) ^[7] La ​​probabilidad de que un elemento funcione satisfactoriamente en un momento dado cuando se utiliza en un entorno operativo y de soporte real o realista. Incluye el tiempo logístico, el tiempo de preparación y el tiempo de espera o de inactividad administrativa, y el tiempo de inactividad por mantenimiento preventivo y correctivo. Este valor es igual al tiempo medio entre fallos ( MTBF ) dividido por el tiempo medio entre fallos más el tiempo medio de inactividad (MDT). Esta medida extiende la definición de disponibilidad a elementos controlados por los logistas y los planificadores de misiones, como la cantidad y la proximidad de repuestos, herramientas y mano de obra al elemento de hardware.

Consulte Ingeniería de sistemas para obtener más detalles.

Ejemplo básico

Si utilizamos un equipo que tiene un tiempo medio hasta el fallo (MTTF) de 81,5 años y un tiempo medio de reparación (MTTR) de 1 hora:

MTTF en horas = 81,5 × 365 × 24 = 713940 (¡Este es un parámetro de confiabilidad y a menudo tiene un alto nivel de incertidumbre!)

Disponibilidad inherente (Ai) = 713940 / (713940+1) = 713940 / 713941 = 99,999860%

—Ả≥〈〉〈〉〈〉

Indisponibilidad inherente = 1 / 713940 = 0,000140 %

Interrupción debido al equipo en horas por año = 1/tarifa = 1/MTTF = 0,01235 horas por año.

Literatura

La disponibilidad está bien establecida en la literatura sobre modelado estocástico y mantenimiento óptimo . Barlow y Proschan [1975] definen la disponibilidad de un sistema reparable como "la probabilidad de que el sistema esté funcionando en un momento específico t". Blanchard [1998] ofrece una definición cualitativa de la disponibilidad como "una medida del grado de un sistema que se encuentra en estado operativo y de compromiso al inicio de la misión cuando la misión se solicita en un punto aleatorio desconocido en el tiempo". Esta definición proviene de la norma MIL-STD-721. Lie, Hwang y Tillman [1977] desarrollaron un estudio completo junto con una clasificación sistemática de la disponibilidad.

Las medidas de disponibilidad se clasifican según el intervalo de tiempo de interés o los mecanismos para el tiempo de inactividad del sistema . Si el intervalo de tiempo de interés es la preocupación principal, consideramos la disponibilidad instantánea, limitante, promedio y promedio limitante. Las definiciones mencionadas anteriormente se desarrollan en Barlow y Proschan [1975], Lie, Hwang y Tillman [1977] y Nachlas [1998]. La segunda clasificación principal para la disponibilidad depende de los diversos mecanismos para el tiempo de inactividad, como la disponibilidad inherente, la disponibilidad lograda y la disponibilidad operativa. (Blanchard [1998], Lie, Hwang y Tillman [1977]). Mi [1998] ofrece algunos resultados de comparación de la disponibilidad considerando la disponibilidad inherente.

La disponibilidad considerada en el modelado de mantenimiento se puede encontrar en Barlow y Proschan [1975] para modelos de reemplazo, Fawzi y Hawkes [1991] para un sistema R-out-of-N con repuestos y reparaciones, Fawzi y Hawkes [1990] para un sistema en serie con reemplazo y reparación, Iyer [1992] para modelos de reparación imperfecta, Murdock [1995] para modelos de mantenimiento preventivo de reemplazo por edad, Nachlas [1998, 1989] para modelos de mantenimiento preventivo y Wang y Pham [1996] para modelos de mantenimiento imperfecto. Un libro reciente muy completo es el de Trivedi y Bobbio [2017].

Aplicaciones

El factor de disponibilidad se utiliza ampliamente en la ingeniería de plantas de energía . Por ejemplo, la North American Electric Reliability Corporation implementó el Sistema de Datos de Disponibilidad de Generación en 1982. ^[8]

Véase también

• Confianza
• Ingeniería de confiabilidad
• Ingeniería de seguridad
• Lista de atributos de calidad del sistema
• Nivel de disparo espurio
• Mantenimiento basado en condiciones
• Informe de fallos
• Alta disponibilidad
• Carneros

Referencias

1. Elsayed, E., Ingeniería de confiabilidad , Addison Wesley, Reading, MA, 1996
2. Sandborn, Peter; Lucyshyn, William (2022). Mantenimiento del sistema: procesos de adquisición e ingeniería para el mantenimiento de sistemas críticos y heredados . World Scientific. ISBN 9789811256868.
3. Trivedi, Kishor S.; Bobbio, Andrea (2017). Ingeniería de confiabilidad y disponibilidad: modelado, análisis y aplicaciones . Cambridge University Press. ISBN 978-1107099500.
4. Vitillo, Roberto (23 de febrero de 2022). Entendiendo los sistemas distribuidos, segunda edición: lo que todo desarrollador debe saber sobre las grandes aplicaciones distribuidas . Roberto Vitillo. ISBN 978-1838430214.
5. "Disponibilidad inherente (IA)". Glosario de acrónimos y términos de adquisiciones de defensa . Departamento de Defensa. Archivado desde el original el 13 de abril de 2014. Consultado el 10 de abril de 2014 .
6. "Disponibilidad alcanzada (AI)". Glosario de acrónimos y términos de adquisiciones de defensa . Departamento de Defensa. Archivado desde el original el 13 de abril de 2014. Consultado el 10 de abril de 2014 .
7. "Disponibilidad operativa (IA)". Glosario de acrónimos y términos de adquisiciones de defensa . Departamento de Defensa. Archivado desde el original el 12 de marzo de 2013. Consultado el 10 de abril de 2014 .
8. "Informe obligatorio de datos de rendimiento de generación convencional" (PDF) . Sistema de datos de disponibilidad de generación . North American Electric Reliability Corporation. Julio de 2011. págs. 7, 17. Archivado (PDF) desde el original el 2022-10-09 . Consultado el 13 de marzo de 2014 .

Fuentes

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).
• K. Trivedi y A. Bobbio, Ingeniería de confiabilidad y disponibilidad: modelado, análisis y aplicaciones , Cambridge University Press, 2017.

Enlaces externos

• Conceptos básicos de confiabilidad y disponibilidad
• Confiabilidad y disponibilidad del sistema
• Disponibilidad y diferentes formas de calcularla
• ¿Cómo rastrear y mejorar la disponibilidad técnica?