Что такое Reliability Block Diagrams (RBD) и как их использовать

Photo by Kelly Sikkema on Unsplash

Reliability Block Diagrams (RBD, блок-схема или структурная схема надежности) — это один из методов анализа надежности системы, существует уже очень давно, помогая системным инженерам понять, как различные элементы и их взаимосвязи могут повлиять на общую надежность и работу системы. Построив логическую схему системы, можно получить отличное представление о том, где находятся ее слабые звенья. В некоторых случаях RBD может показать, что предусмотренная вами избыточность некоторых компонентов на самом деле не так эффективна, как вы думаете. Система, если рассматривать ее логически и физически, может выглядеть совершенно по-разному.

Метод анализа RBD применяют на стадии разработки концепции. Разработка RBD должна начинаться как часть анализа требований, и непрерывно расширяться до более глубокого уровня детализации по мере увеличения данных для принятия решений.

Построение RDB эффективно и полезно для моделирования сложных систем, таких, например, как:

систем с резервированием функций,
систем с внутренними функциональными взаимозависимостями.

Пока система функционирует от точки старта до конечной точки, она рассматривается как работоспособная, даже после отказа отдельных её компонентов. Например, самолет, у которого два двигателя, может продолжать полет даже с одним исправным двигателем.

Давайте приступим к самому интересному — нарисуем схему какой-нибудь системы, очень примерную, просто блоками, один блок — один элемент:

Как думаете, какова вероятность того, что каждый блок в этой схеме будет доступен в любой момент времени? Давайте посчитаем: возьмите значения надежности каждого и перемножьте их: Надежность этой системы в любой момент времени составляет всего 43%, и вероятность сбоя в системе составляет 57%! Очевидно, что “Сервис Г” снижает надежность нашей системы. На диаграмме есть “запараллеленые” сервисы А и Б (сервис А резервирует сервис Б и наоборот). Такое резервирование может (но не всегда) значительно повысить надежность системы, у каждого из них надежность 99% и те же 99% — их “общая надежность”: (0,99 +0,99)/2 = 0,99. Параллельное соединение указывает на избыточность или множественность путей выполнения чего-либо, а последовательное — говорит о том, что при выходе любого компонента из строя, сломается все остальное. Большинство систем — это просто последовательная цепочка сервисов. Теперь, когда мы нарисовали примерную диаграмму нашего сервиса, можно начинать поиск данных, которые можно использовать для получения реальных значений для каждого блока. Обычно, в редкой организации они есть, чаще всего их нет. В любом случае, поиск таких данных — адски сложная задача. На данный момент мы ищем только относительные и качественные значения. Нет необходимости слишком глубоко копаться в данных или проводить точный статистический анализ. Мы просто ищем очевидные слабые звенья в нашей цепочке и думаем, как эти звенья устранить или, хотя бы, усилить. Если у вас есть только молоток, то все выглядит как гвоздь :) RBD можно использовать не только для систем или оборудования, точно так же можно разрисовать ваши процессы, и все остальное, что может быть представлено в виде наборов последовательных или параллельных связей. Задайте вероятность того, что каждый из них будет функционировать, и вы сможете быстро получить представление об общей эффективности и надежности системы. Найдите слабое звено, выясните, почему оно слабое, как его можно усилить (да, придется потратить время и деньги) — и ваша система будет работать намного лучше. И не забывайте, что стопроцентная надежность бессмысленна и вы никогда ее не добьетесь (про реальность добавления девяток к аптайму). Результатами моделирования методом построения RBD для системы являются:

расчёты наработки на отказ (MTBF) всей системы в целом,
показатели доступности системы,
показатели надёжности системы,
оценки стоимости (эксплуатации, обслуживания…) системы,
возможность создания оптимальной модели обеспечения системы запасными компонентами.

Можно еще здесь подробнее почитать. Или посмотреть:

Кому прям очень интересно, можно почитать “ГОСТ Р 51901.14–2007 Менеджмент риска. Структурная схема надежности и булевы методы” или “IEC-61078: Analysis Techniques for dependability — Reliablity Block Diagram and boolean methods”