Шпаргалка по "Надежности информационных систем"

1. Сущность проблемы надежности. Основные понятия и определения.

Проблема надёжности возникла по следующим  причинам:

1. Резкое усложнение изделий, электронной аппаратуры, большое количество элементов, входящих в состав изделия. Чем сложнее и точнее аппаратура, тем менее она надёжна;
2. Рост сложности системы превышает рост надёжности элементов в этой системе;
3. Функция, которую выполняет изделие, бывает очень ответственной и отказ изделия может дорого обойтись. Пример: отказ аппаратуры управления производственным процессом может привести не только к прекращению изготовления продукции, но может вызвать серьёзную аварию. К каким последствиям могут привести отказы электронной аппаратуры военного назначения, учитывая огромную разрушительную силу ядерного оружия.
4. Исключение человека - оператора из процесса управления. Это обусловлено скоротечностью процессов либо вредными условиями труда. Важным фактором безотказности аппаратуры является способность человека принимать решения при управлении сложным объектом.
5. Сложность условий, в которых осуществляется эксплуатация аппаратуры.

Надежность — свойство объекта сохранять во времени  в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность  выполнять требуемые функции  в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надёжность – характеристика, изменяющаяся во времени.

Стороны надежности:

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению отказов и восстановлению работоспособности объекта либо путем проведения ремонта, либо путем замены отказавших комплектующих элементов. Возникают две самостоятельные характеристики ремонтопригодности: приспособленность к проведению ремонта (ремонтопригодность) и приспособленность к замене в процессе  эксплуатации (восстанавливаемость или заменяемость).

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т. е. наступления такого состояния, когда оно должно быть направлено либо в ремонт (средний или капитальный), либо изъято из эксплуатации.

Сохраняемость - свойство объекта  сохранять работоспособность в течении (и после) его хранения и(или) транспортирования. Свойство сохраняемость расчленяется на еще более простые свойства: сохраняемость в процессе (и после) хранения в специально приспособленном помещении, сохраняемость в процессе (и после) хранения в полевых условиях, сохраняемость в процессе (и после) транспортирования по железной дороге и т. д.

Работоспособность - такое состояние  объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, удовлетворяя требованиям нормативно-технической  документации.  Работоспособность — характеристика состояния объекта в некоторый момент времени.

Можно подвести промежуточный  итог. Надежность - свойство сохранять работоспособность на некотором отрезке времени или при выполнении некоторого объема работ.

Свойства надежности, характеризующие  дополнительно АСОИУ:

Живучесть - свойство объекта сохранять  работоспособность (полностью или  частично) в условиях неблагоприятных  воздействий, не предусмотренных нормальными  условиями эксплуатации.

Достоверность информации, выдаваемой объектом. Надежность делится на аппаратурную, программную, эксплуатационную и функциональную.

Отказ объекта - событие, заключающееся в том, что объект либо полностью, либо частично теряет свойство работоспособности. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной - частичный. Внезапному отказу может предшествовать постепенное накопление повреждений. Постепенный отказ возникает в результате постепенного накопления повреждении, главным образом вследствие износа и старения материалов. Отказ может быть кратковременным или самоустраняющимся. В этом случае он называется сбоем. Отказы в АСОИУ целесообразно подразделять на аппаратурные и программные.

Аппаратурным отказом  принято считать событие, при  котором изделие утрачивает работоспособность и для его восстановления требуется проведение ремонта аппаратуры или замена отказавшего изделия на исправное.

Программным отказом считается  событие, при котором объект утрачивает работоспособность по причине несовершенства программы (несовершенство алгоритма решения задачи, отсутствие программной защиты от сбоев, отсутствие программного контроля за состоянием изделия, ошибки в представлении программы на физическом носителе и т. д.). Характерным признаком программного отказа является то, что устраняется он путем исправления программы.

В непосредственной связи  с понятием «надежность» находится  понятие «эффективность». Эффективностью объекта называется свойство объекта  выдавать некоторый полезный результат (эффект) при использовании его по назначению.

 

2. Роль надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации АСОИиУ.

Автоматизированные системы  обработки информации и управления представляют собой совокупность технических средств, алгоритмов управления, методов и средств информационного и программного обеспечения, объединенных для выполнения функций управления. Технические средства включают в себя сложные комплексы измерительной, вычислительной техники, средств связи, автоматики, отображения, регистрации и архивирования информации, исполнительных механизмов, вспомогательной и обеспечивающей аппаратуры.

Для того чтобы технические  средства воспроизводили алгоритмы функционирования так, как это было предусмотрено разработчиками при проектировании, аппаратура должна быть достаточно надежной, приспособленной к своевременному обнаружению и устранению отказов. От того, насколько в АСОИУ удалось исключить отказы или уменьшить их количество и вероятность появления, устранить или уменьшить их влияние на процесс управления, зависит не только качество, но и безопасность управления. Система управления принимает участие в предупреждении и устранении аварийных ситуаций в объекте управления и сама не должна провоцировать негативные процессы в автоматизированном технологическом комплексе (АТК), состоящем из двух тесно взаимодействующих составных частей: объекта управления и системы управления. Поэтому задача обеспечения высокой надежности становится одной из ключевых задач теории и практики проектирования, производства и эксплуатации АСОИУ.

Проблема надежности систем управления приобретает особое значение из-за большой значимости выполняемых ими функций и высокой цены отказа. Даже при довольно редких отказах ущерб, вызванный отключением системы управления или ее неправильным срабатыванием, может превысить выгоду, получаемую в периоды ее работоспособного состояния.

 

3. Проблема «Сложность – надежность – стоимость». Общие пути анализа и оценки надежности.

Характерной особенностью современного развития техники является широкое внедрение методов и средств автоматики и телемеханики, вызванное переходом на автоматизированное и автоматическое управление различными производственными и технологическими процессами, создание гибких производственных модулей, систем, комплексов и тому подобное. Улучшение эффективности и качества проектируемых АСУ, САУ, ГПМ, ГПС и т.д. невозможно без повышения надежности технических средств управления (ТСУ). Таким образом, выше изложенное является первой причиной возрастания фактора надежности в современных условиях развития техники и, в частности, проектировании технических систем (ТС) различного назначения.

Второй причиной, требующей повышения надежности, является возрастание сложности ТС, аппаратуры их обслуживания, жесткости условий их эксплуатации и ответственности задач, которые на них возлагаются.

Недостаточная надежность ТС приводит к увеличению доли эксплуатационных затрат по сравнению с общими затратами на проектирование, производство и применение этих систем. При этом стоимость эксплуатации ТС может во много раз превзойти стоимость их разработки и изготовления. Кроме того, отказы ТС приводят различного рода последствиям: потерям информации, простоям сопряженных с ТС других устройств и систем, к авариям и т.д. Таким образом, третьей причиной повышения роли надежности в современных условиях является экономический фактор.

И, наконец, последнее. В конечном счете, надежность ТС определяется надежностью комплектующих элементов. Поэтому знание основных вопросов надежности элементной базы является в настоящее время необходимым условием успешной работы в области информатики и управления и особенно это относится к будущим специалистам разработчикам аппаратуры автоматики и телемеханики, разработчикам ТС и ТСУ.

Прямые и косвенные  методы оценки. При экспериментальных  оценках могут быть использованы прямые либо косвенные методы.

Прямыми называют методы, при которых  показатели надежности изделия оцениваются  непосредственного по результатам  наблюдения за функционированием изделия  как целого.

Косвенными называют методы, при  которых требуемые показатели надежности выражаются через другие показатели надежности изделия или его элементов, а затем определяются расчётным путём. Весьма широко распространено другое название этих методов – «расчетно-экспериментальные методы».

Прямые методы обладают большей достоверностью, однако для изделий, имеющих структурную избыточность, использование косвенных методов позволяет существенно уменьшить требуемый объём испытаний (наблюдений). Для сложных изделий, испытываемых практически всегда в неполном составе, косвенные методы являются единственно приемлемыми.

 

4. Влияние различных факторов на показатели надежности. Основные характеристики случайных величин и их связь с характеристиками надежности.

При анализе надёжности целесообразно рассматривать три этапа в создании аппаратуры или изделия.

1. Проектирование

2. Изготовление

3. Эксплуатация

Факторы, влияющие на надёжность при проектировании:

1. Количество и качество элементов в системе оказывает влияние на надёжность. Увеличение количества используемых элементов приводит к резкому ухудшению надёжности аппаратуры. К ухудшению надёжности приводит применение менее надёжных элементов.

2. Режим работы элементов. Самые надёжные элементы, работающие в тяжёлом, не предусмотренном для их применения режиме, могут стать источником частых отказов. Для каждого элемента устанавливаются технические условия на режим работы элемента. Необходимо правильно выбрать режимы работы элементов.

3. Применение стандартных и унифицированных элементов резко повышает надёжность системы. Технология производства этих элементов отработана, надёжность их известна.

4. Конструктор должен предусмотреть хороший доступ к блокам, элементам аппаратуры для осмотра, ремонта; предусмотреть сигнализацию об отказе того или иного элемента.

Факторы, влияющие на надёжность в процессе изготовления:

1. Качество материалов. Необходим хороший входной контроль материалов и комплектующих изделий, поступающих от других предприятий.

2. Качество хранения материалов и комплектующих изделий.

3. Чистота рабочих мест, оборудования, рабочего помещения.

4. Соблюдение технологии изготовления и сборки: термообработка, антикоррозийные покрытия и т.п.

Факторы, влияющие на надёжность в процессе эксплуатации:

1. Квалификация обслуживающего персонала. Этот фактор доказан практикой.

2. На надёжность влияют внешние условия: климатические условия, вибрации, перегрузки, удары. Частое включение и выключение аппаратуры нежелательно.

3. На надёжность влияет фактор времени. Продолжительность эксплуатации аппаратуры с момента выпуска с завода до капитального ремонта может составлять несколько лет. К концу этого периода повышается опасность возникновения отказов отдельных элементов.

Случайная величина - величина, которая в результате опыта может  принять то или иное значение, причём заранее неизвестно, какое именно. Примеры случайной величины:

1) Интервал времени между соседними отказами ЭВМ;

2) Интервал времени от начала работы изделия до первого отказа или время безотказной работы;

3) Число деталей, изготовленных рабочим в единицу времени.

Обозначим через T - время безотказной работы изделия (интервал времени от начала работы изделия до первого отказа). T - случайная величина. Величина T также называется наработка на отказ изделия. t - возможные значения случайной величины T.

Введём понятие “вероятность безотказной работы”. Вероятность того, что время безотказной работы изделия будет больше или равно некоторому значению t. Другими словами, вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что при заданных условиях эксплуатации в течении интервала времени t не возникнет отказа, т.е.система будет работоспособна.

Вероятность отказа - вероятность того, что время безотказной работы изделия меньше некоторого заданного значения t. Другими словами, вероятностью отказа является вероятность того, что в течении заданного времени произойдёт хотя бы один отказ.

 

5. Расчет надежности невосстанавливаемых систем.

Пусть на испытаниях находятся N ЭРН (элемент расчёта надежности) и пусть испытания считаются законченными, если все они отказали. Причем вместо отказавших ЭРН отремонтированные или новые не ставятся. В этом случае в качестве оценок параметров надежности используются статистические оценки надежности невосстанавливаемых ЭРН: