Что показывает коэффициент технической готовности
Пример расчета «коэффициента готовности» для IT-системы
Задача: в Техническом Задании на комплексную IT-систему был пункт – «выполнить расчет коэффициента готовности системы».
Решение: использовать материалы из ГОСТ, запросить дополнительные данные у вендоров по элементам оборудования и использовать несложную математику для выполнения итогового расчета.
Нормативные ссылки:
ГОСТ Р 27.002-2009 («Надежность в технике (ССНТ). Термины и определения»)
ГОСТ Р 27.003-2011 Надежность в технике (ССНТ). Управление надежностью. Руководство по заданию технических требований к надежности
ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике (ССНТ). Основные понятия. Термины и определения
Согласно ГОСТ Р 27.002-2009 («Надежность в технике (ССНТ). Термины и определения») коэффициент готовности (в области надежности в технике) — это вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии, определенная в соответствии с проектом при заданных условиях функционирования и технического обслуживания.
Таким образом, готовность отражает способность системы непрерывно выполнять свои функции.
В общем случае, для информационных и компьютерных устройств, коэффициент готовности – это вероятность того, что компьютерная система в любой (произвольный) момент времени будет находиться в рабочем состоянии.
Коэффициент готовности (K) определяется по формуле:
где:
— MTBF (Mean Time Between Failure) — среднее время наработки на отказ (средняя наработка между отказами);
— MTTR (Mean Time To Repair) — среднее время восстановления работоспособности (среднее время до восстановления).
В отличие от надежности, величина которой определяется только значением MTBF, готовность зависит еще и от времени, необходимого для возврата системы в рабочее состояние.
Итак, у нас есть определенная IT-система (сервера стоечного исполнения, блейд-сервера, система хранения данных).
Отказоустойчивость на уровне оборудования такой IT-системы позволяет ее сервисам продолжить работу в случае аппаратной неисправности отдельных компонентов серверного оборудования, системы хранения данных или инфраструктуры.
Отказоустойчивость функционирования внутренних компонентов IT-системы достигается применением следующих технологий:
Электропитание оборудования IT-системы осуществляется от двух независимых источников. Подключение оборудования IT-системы к внешним сетям передачи данных и сетям хранения данных также дублируется.
Все подсистемы IT-системы имеют резервирование, поэтому при отказе любого элемента оборудование IT-системы в целом останется в работоспособном состоянии. Более того, замена отказавшего элемента возможна без остановки оборудования IT-системы.
Вероятность (P) выхода одного компонента из строя в течение одного года составляет:
P = 1/MTBF.
Отказ дублированного компонента приведет к отказу оборудования только при условии, что компонент-дублер тоже выйдет из строя в течение времени, необходимого для «горячей» замены компонента, отказавшего первым. Если гарантированное время замены компонента составляет 24 часа (1/365 года) (что соответствует сложившейся практике обслуживания серверного оборудования), то вероятность такого события в течение года: 
Вычислив вероятность отказа всех N компонентов оборудования IT-системы, можно рассчитать вероятность отказа оборудования IT-системы в течение одного года путем суммирования каждой вероятности отказа: 
Так как отказы компонентов обычно распределены во времени равномерно, то, зная вероятность отказа оборудования IT-системы в течение года, можно определить время его наработки на отказ:
MTBFs = 1/Ps.
Коэффициент готовности оборудования IT-системы будет равен:
Kit = MTBFs/(MTBFs+MTTR).
Выполним расчет коэффициента готовности оборудования IT-системы из 26 компонентов (каждый из компонентов имеет несколько элементов).
Основная проблема в таблице ниже – актуальные данные по параметру MTBF для каждого компонента. Эти данные очень неохотно предоставляют вендоры. Часто приходится вступать в переписку с представителями вендоров для просьбы предоставления и уточнения этих данных.
В таблице ниже выполнен расчет для «устаревшей» IT-системы, но сейчас она функционирует уже почти пятый год в боевом режиме без отказа компонентов, но уже Заказчик планирует миграцию на новые компоненты не дожидаясь крайний сроков из итоговых расчетных данных.
(*) – исходные данные по MTBF являются оценочными, предоставленными по данным позициям оборудования производителя или их аналогам.
В итоге расчетные данные по оборудованию нашей системы:
Этот расчет, конечно, очень оценочный. Но основное понимание, что система оптимальна или нуждается в дополнительных элементах, может предоставить.
По факту данные таблицы с расчетами заносятся в нужный раздел проектной документации и выдаются Заказчику.
Интересно выполнить такой расчет для комплекта сетевого оборудования (с максимальным разбиением на элементы до SFP-модуля и блоков питания) и сравнить с разными вендорами данные итоговые.
TRGREAT
1. Коэффициент технической готовности (Ктг) – определяют как отношение количества техники исправных и готовых к эксплуатации транспортных средств к их инвентарному числу. Также коэффициент технической готовности за прошедший или предстоящий период можно рассчитать по формуле (5):
Ктг =
(5)
где Dtи – сумма дней пребывания транспортных средств за данный период в исправном состоянии;
Dоб – сумма дней пребывания транспортных средств в хозяйстве.
2. Коэффициент использования парка (Кип) – показывает степень использования транспортных средств за определенный период. Его можно определить по формуле (6):
Кип = 
(6)
где Dр – сумма дней нахождения транспортных средств в работе;
Dоб – сумма дней пребывания транспортных средств в хозяйстве.
3. Коэффициент сменности (Ксм) – характеризует степень использования времени суток транспортными средствами и определяется по формуле (7):
Ксм =
(7)
где С – суммарное число отработанных машино-смен за определенный промежуток времени;
Dр – сумма дней нахождения транспортных средств в работе.
Так же при анализе работы автомобильного парка наряду с приведенными коэффициентами определяют коэффициент грузоподъемности, пробега с грузом, объем перевозимого груза в тоннах, тонно-километрах и другие показатели, наиболее важными из которых, при оценке эффективности использования транспортных средств в СП ИЛПП, являются: выработка на одну машино-смену, выработка на один лесовоз.
В соответствии с указанными показателями проведем анализ эффективности использования лесовозного и прочего транспорта в СП ИЛПП ООО «ИлимСибЛес» 2002-2003 годы, а данные анализа представим в таблицах 5 и 6 соответственно.
Расчет коэффициента технической готовности
2.1.4 Расчет коэффициента технической готовности
Значение коэффициента технической готовности по каждой марке (модели) подвижного состава предлагается рассчитать по пробегу за цикл эксплуатации.
Расчет коэффициента технической готовности выполняем по формуле:
где αт – расчетный коэффициент технической готовности;
Дэ – дни эксплуатации в цикле;
Дтор – дни простоя за цикл в ТО и ремонте;
Дкт – дни отсутствия авто на АТП по причине кап. ремонта.
Дни эксплуатации в цикле рассчитываем по формуле:
где 1сс – среднесуточный пробег.
Обратите внимание на размерность подставляемых величин. Она должна быть однозначной.
Дни простоя в ТО и ремонте рассчитываем по формуле:
Обратите внимание на размерность величин в формуле: [dтор] = дн/1000 км, Lкр км.
Расчетные значения дней эксплуатации и дней простоя в ТО и ремонте должны иметь целое значение.
Дни отсутствия автомобилей на АТП по причине нахождения на капитальном ремонте:
где dкр – дни нахождения авто на капитальном ремонте на спец. АРЗ;
dтран – дни транспортировки авто на кап. ремонте.
dкр принимаем по (1, табл. 2.6)
1. dкр для автомобилей семейства КамАЗ, прицепного состава парка принимается равным 0, т.к. они не подвергаются капитальному ремонту на спец. АРЗ в полном объеме. Капитальный ремонт им проводится методом замены вышедших из строя агрегатов на исправные, отремонтированные на рем. заводах, на АТП в процессе эксплуатации.
2. dкр и dтран принимается целым числом дней в зависимости от места расположения АТП к спец. АРЗ и специфики работы АТП.
После приведения примера расчета по одной марке авто, результаты расчета по остальным маркам подвижного состава рекомендуется свести в таблицу.
Таблица 2.4. Расчет коэффициента технической готовности парка
КТГ для каждого
88,9% КТГ (коэффициент технической готовности) – это много или мало? Что с этим делать? Над первым вопросом подумаем в следующей статье, а сейчас задумаемся над вторым.
Обслуживаете оборудование, и КТГ получился в этом месяце плохой. Уверены в своих недоработках? Вы точно знаете причины? К сожалению, бывает, что плохая оценка КТГ побуждает просто «лучше работу работать». От чего зависит выбор: лучше работать или устранять конкретные причины простоев? Правильно, от прозрачности расчета КТГ: на основе каких данных и по какой формуле рассчитаны эти 88,9%. Нет одного универсального расчета, который подходит для эксплуатации, ремонтов, обслуживания, надежности оборудования.
База отсчета: КТГ – ты о чем?
Коэффициент технической готовности показывает процент времени технически готового к эксплуатации оборудования в определенном периоде времени. В определении этих двух переменных и кроется суть результата расчета и возможности его использования. Часто вижу такую реакцию: «У нас в фирме принят один КТГ для всех и считается просто – берем время, когда оборудование неисправно (не может выполнять свои функции) и календарное время».
КТГ = (календарное время – время, когда оборудование не может работать) / календарное время.
Достаточно сомнительный подход в настоящее время. Раньше – в отсутствие компьютерных систем, при незначительной конкуренции, без стремления к эффективному производству – такой расчет можно было использовать. Как говорится, «лучше так, чем никак». Получили «низкий КТГ», плохую оценку работы сервисной службы, поругали начальника, воодушевили на подвиги и отправили его решать его проблемы. Талантливые находили правильные проблемы и, решая их, действительно повышали КТГ. Менее опытные хватались за все подряд, получалось неэффективно, тогда просто рисовали показатели на бумаге. Сейчас вашу фирму устроит такой подход?
Сегодня большинство компаний нацелены на общую их эффективность и удовлетворение заказчиков, а не на эффективность оборудования. Важным становится готовность оборудования не в календарное время, а время, запланированное к производству продукта оборудованием. Когда говорят, «наше оборудование никогда не останавливается», часто лукавят. В технологических цепочках при плановой остановке одного элемента будут простаивать и другие: в карьере при взрывных работах мобильная техника выезжает из карьера и простаивает, конвейеры могут останавливаться из-за снижения спроса, и так далее. Посмотрите на рис. 1. При расчете от календарного времени КТГ в обоих случаях одинаково, а если брать время, запланированное к производству, то КТГ будет отличаться.
Рисунок 1 – Какой КТГ важен для производства?
Эксплуатация
КИО (коэффициент использования оборудования, доля времени, когда оборудование выпускает продукцию в определенном периоде), рассчитанный на основе календарного времени, покажет потенциал, доступный к максимальной расчетной загрузке, но не оценит работу службы эксплуатации. Если за базу возьмем график, спущенный производством, то увидим, насколько эксплуатация обеспечила требуемую загрузку.
Эксплуатация планирует доступные ей ресурсы. Вот тут и возникает потребность понять время доступности оборудования, КТГ. Эксплуатации, конечно, необходим КТГ, основанный на времени, указанном в графике производства. Если техническая служба предоставит КТГ, основанный на календарном времени, у эксплуатации будут проблемы.
КТГ, необходимый для эксплуатации, назовем физический КТГ. Рассчитаем его как отношение времени в графике производства за вычетом всех простоев, связанных с обслуживанием (плановые, аварийные ремонты, организационные простои в сервисе в ожидании чего-либо), к общему времени в графике производства. Физический КТГ для сервиса является одним из выходных продуктов. Как конфета для кондитерской фабрики. Обратите внимание, обслуживание оборудования вне времени производственного графика не влияет на физический КТГ оборудования. Для производства необходимо находить баланс между КТГ и КИО.
Сервис – делаем, что надо
Если физический КТГ вырос на Х%, значит ли это, что сервис молодец? Если конфета вкусная, хороша ли кондитерская фабрика? Не всегда. Представьте, у эксплуатации возникли проблемы, вследствие чего КИО упал. Наработка техники сократилась. Естественно, объем необходимых профилактических и восстановительных работ тоже. Время графика осталось прежним. Для внутренней оценки сервиса уже необходима другая база расчета. Правильно – теперь надо считать от фактического времени работы оборудования. Простои учитываем все те же.
Когда эксплуатация оборудования достаточно стабильная, для оценки тренда сервиса можно использовать физический КТГ. Балансируя между плановыми и аварийными ремонтами, подбирайте оптимальный КТГ.
Сервис – делаем, как надо
Производители оборудования говорили о КТГ в 95%, дистрибьюторы давали оценку в 90%, а получили 80%. Ну что ждать от продавцов и производителей, им главное – продать! Возможно, и так, но все меньше остается компаний с таким подходом. Почему такие разные цифры?
Задача производителя – сделать надежную технику с доступным обслуживанием. Надежность оборудования измеряется в аварийных отказах, не вызванных плохим обслуживанием или неправильной эксплуатацией. Профилактика оборудования есть в инструкции производителя, и, исходя из возможностей, вы планируете время на ее проведение. Изготовитель честно собрал статистику по уже работающему оборудованию и сообщает КТГ, полученный на основании наработки оборудования и времени восстановления (время вращения гаек на оборудовании) при аварийных отказах. Такой КТГ принято называть механическим (или врождённым) КТГ.
Почему же дистрибьюторы дали меньшую оценку? Многие работы требуют запасных частей или специального инструмента. У дистрибьютора есть предполагаемые сроки поставки возможно необходимых запасных частей. Конечно, в своих прогнозах он будет учитывать время их ожидания и добавит его к времени работ по восстановлению, предоставленному производителем.
Теперь сравните эти подходы с вашим расчетом КТГ. Если сравнивали с физическим КТГ, то расхождение теперь понятно. Но если сравнивали с КТГ, учитывающим только время ожидания и время восстановления аварийных ремонтов (назовем его достижимый КТГ), могли получить другую цифру по следующим причинам:
Причин может быть много. Как понять их влияние на КТГ? Как рассчитать разные КТГ?
Посчитаем
Давайте строить КТГ из кирпичиков. Из хороших кирпичей будет надежная стена.
Суть расчета разобрали выше, переходим к практике (рис. 2).
Рисунок 2 – Пример расчета КТГ
(200 + 310 + 180) / 2 = 345 часов;
(100 + 210) / 2 = 155 часов.
КТГ = эксплуатация / (эксплуатация + простой) = 345 / (345 + 155) = 0,69.
Дальше будем давать в каждом случае определение простою и эксплуатации, рассчитывать их, как показано выше, и получать нужный нам КТГ. Для расчетов потребуется время каждой остановки, запуска оборудования с указанием причины.
Эксплуатация
Для целей эксплуатации и общей оценки тренда сервиса используем физический КТГ.
КТГф = (время по графику – время, недоступное к производству) / время по графику.
Непонятно, как действовать для изменения КТГ.
Применим общий подход расчёта КТГ.
1) за время эксплуатации – MTTM (Mean Time To Maintenance, ожидаемое время между обслуживаниями, в котором учитываем только обслуживания, которые были во время работы оборудования внутри графика);
2) за время простоя – М + МTW, где М (Mean Maintenance Time) – время проведения обслуживания (здесь обслуживание включает в себя профилактические и корректирующие работы), MTW (Mean Time Waiting) – время ожидания чего-либо для осуществления обслуживания;
3) MTTM, М, МTW – рассчитаем, как показано выше.
Потребуются дополнительные данные о времени начала и окончания обслуживания (запланированного и нет). Не надо путать его с началом и окончанием простоя. MTW рассчитывается из времени запуска в работу оборудования, начала остановки и проведения обслуживания.
КТГф = MTTM / (MTTM + M + MTW).
Отлично, мы можем влиять на три параметра. Есть направление действий. В других статьях мы разберем показатели подробно.
Сервис
О качестве работы сервиса расскажет достижимый КТГ.
КТГд = (наработка – время простоя) / наработка.
Для расчета КТГ возьмем:
Потребуется время начала и окончания незапланированного ремонта (непосредственного осуществления ремонтного воздействия).
КТГд = MTBF / (MTBF + MTTR + MTW).
Очевидно влияние каждого элемента на КТГ.
Полезно будет MTW разделить на ожидание запасных частей (подбор, заказ, логистика, приход и выдача) и свободных ресурсов (площадей, слесарей, инструмента и т.д.). Делить более подробно позволяют современные сервисные программы, ведя учёт просто и экономя время.
Оборудование и квалификация
О качестве оборудования и квалификации выполнения работы расскажет механический КТГ.
Убираем организационную составляющую MTW – ожидания разных вещей.
КТГм = MTBF / (MTBF + MTTR).
Если применяли RCA (Root Cause Analysis, анализ основной причины) при каждой поломке, то, выбирая отказы, связанные с конструкцией и качеством сборки, сможете найти врожденный КТГ техники – тот, на который обычно ссылается изготовитель. Даже в негарантийный период при низком показателе производители часто дают разные вкусные плюшки. Конечно, если вы сформулируете претензию, ссылаясь на факты и соответствующий расчет.
Для каждого
Не измеряйте среднюю температуру по больнице, используя КТГ, основанный на календарном времени. Дайте каждому оборудованию, системе, узлу, отделу по подходящему КТГ – и постоянные улучшения будут проще и эффективней.
Как работать с показателями, почему их нельзя назначить и почему MTBF побеждает КТГ, читайте в следующих статьях.
Расчет коэффициента технической готовности
2.1.4 Расчет коэффициента технической готовности
Значение коэффициента технической готовности по каждой марке (модели) подвижного состава предлагается рассчитать по пробегу за цикл эксплуатации.
Расчет коэффициента технической готовности выполняем по формуле:
где αт – расчетный коэффициент технической готовности;
Дэ – дни эксплуатации в цикле;
Дтор – дни простоя за цикл в ТО и ремонте;
Дкт – дни отсутствия авто на АТП по причине кап. ремонта.
Дни эксплуатации в цикле рассчитываем по формуле:
где 1сс – среднесуточный пробег.
Обратите внимание на размерность подставляемых величин. Она должна быть однозначной.
Дни простоя в ТО и ремонте рассчитываем по формуле:
Обратите внимание на размерность величин в формуле: [dтор] = дн/1000 км, Lкр км.
Расчетные значения дней эксплуатации и дней простоя в ТО и ремонте должны иметь целое значение.
Дни отсутствия автомобилей на АТП по причине нахождения на капитальном ремонте:
где dкр – дни нахождения авто на капитальном ремонте на спец. АРЗ;
dтран – дни транспортировки авто на кап. ремонте.
dкр принимаем по (1, табл. 2.6)
1. dкр для автомобилей семейства КамАЗ, прицепного состава парка принимается равным 0, т.к. они не подвергаются капитальному ремонту на спец. АРЗ в полном объеме. Капитальный ремонт им проводится методом замены вышедших из строя агрегатов на исправные, отремонтированные на рем. заводах, на АТП в процессе эксплуатации.
2. dкр и dтран принимается целым числом дней в зависимости от места расположения АТП к спец. АРЗ и специфики работы АТП.
После приведения примера расчета по одной марке авто, результаты расчета по остальным маркам подвижного состава рекомендуется свести в таблицу.
Таблица 2.4. Расчет коэффициента технической готовности парка