Основные понятия надеждности информационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………..2

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ ИС ………………………...4

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ……………………...….6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………11

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………….13

ВВЕДЕНИЕ

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 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.

Поэтому задача обеспечения высокой надежности становится одной из ключевых задач теории и практики проектирования, производства и эксплуатации.

Современная теория надежности занимается в основном вопросами надежности техники. За длительное время она накопила большое количество полезных, проверенных на практике результатов. Казалось бы, это может служить залогом успешного и беспроблемного решения задачи обеспечения надежности автоматизированных систем обработки информации и управления. Однако это не так. В последние десятилетия проблема повышения надежности не только не ослабела, но, напротив, значительно обострилась. Это связано с действием ряда объективных причин, обусловленных бурным техническим. Одна из причин -- непрерывный рост сложности аппаратуры, который значительно опережает рост качества элементной базы.

Второй причиной можно считать значительное расширение диапазона условий эксплуатации техники. В зависимости от назначения она работает в условиях высокой или низкой температуры окружающей среды, при повышенном или пониженном давлении, высокой или низкой влажности, при больших механических нагрузках вибрационного и ударного типов, в условиях действия повышенной радиации, агрессивных сред, негативных биологических факторов.

Говоря о другой составной части автоматизированных систем (программном обеспечении) следует отметить, что оно также заметно влияет на надежность системы. Без правильно и эффективно работающего программного комплекса (ПК) АСОИУ превращаются просто в дорогую груду металла. Нарушение работоспособности ПК часто приводит к не менее тяжелым последствиям, чем отказы техники, но найти причину нарушения бывает крайне тяжело. Неправильная работа программ может провоцировать отказы технических устройств, устанавливая для них более тяжелые условия функционирования, поэтому вопросам обеспечения и поддержания надежности ПК всегда уделялось большое внимание.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ ИС

Надежность является фундаментальным понятием теории надежности, с помощью которого определяются другие понятия. Надежность есть свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Остановимся на некоторых особенностях этого понятия. Во-первых, как следует из определения, надежность есть внутреннее свойство объекта, заложенное в него при изготовлении и проявляющееся во время эксплуатации. Для количественной оценки надежности, как и любого другого свойства объекта, необходима та или иная мера, являющаяся ее характеристикой. Надежность нельзя свести ни к одной ее характеристике. Вторая особенность надежности состоит в том, что она проявляется во времени. Если нет наблюдения за объектом во времени, то нельзя сделать никаких заключений о его надежности. Этим она существенно отличается от таких свойств объекта, как дефектность, точность и пр. Дефектность можно установить специальными измерениями в течение сравнительно небольшого времени, определяемого количеством измеряемых параметров и временем каждого измерения и составляющего несколько минут или часов. Для того чтобы составить представление о надежности, необходимы наблюдения за группой объектов в течение тысяч или десятков тысяч часов. Можно сказать также, что дефектность и точность отражают начальное значение качества объекта, а надежность отражает устойчивость начального качества во времени. Третья особенность надежности заключается в том, что она по-разному проявляется при различных условиях эксплуатации и различных режимах применения объекта. При изменении режимов и условий эксплуатации изменяются и характеристики надежности. Нельзя оценить надежность объекта, не уточнив условия его эксплуатации и режимов применения.

При определении понятия «надежность» для обозначения обладателя этого свойства и предмета анализа используется понятие «объект». В технической литературе по надежности для этих же целей часто используют также понятие «изделие».

Однако эти понятия не являются синонимами и поэтому требуют пояснения. Объект (технический объект) - это предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый на этапах выработки требований, проектирования, производства и эксплуатации.

Объектами, в частности, могут быть технические комплексы, программные комплексы, установки, устройства, машины, аппараты, приборы, агрегаты, отдельные детали и пр. Изделие -- это промышленная продукция. В Единой системе конструкторской документации изделием называют любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению на производстве.

К техническим объектам относятся не любые промышленные изделия, а только такие, каждый экземпляр которых в процессе эксплуатации (применения по назначению) не подвергается постепенному расходованию. У данных изделий с течением времени расходуется только технический ресурс. С этой точки зрения не является объектом банка смазочного материала, хотя, несомненно, она является изделием.

Это не значит, что понятие «изделие» нельзя употреблять при анализе надежности. Далее под изделием будем понимать любую единицу промышленной продукции, количество которой может исчисляться в штуках или экземплярах.

К объектам относятся также совокупности (комплексы, системы) изделий, совместно выполняющие определенные функции или задачи, даже если они не связаны между собой конструктивно (например, линии радиосвязи, системы энергетики и др.).

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

информационная система надежность отказ

Задача 1. На испытание было поставлено 1000 однотипных ламп. За первые 3000 час. отказало 80 ламп, а за интервал времени 3000 - 4000 час. отказало еще 50 ламп. Требуется определить статистическую оценку частоты и интенсивности отказов элвктронных ламп в промежутке времени 3000 - 4000 час.

Решение. В данном случае N=1000; t=3000 час; t =1000 час; n(t)=50; n(t)=920.

По формулам (1.3) и (1.4) находим

час

1/час

Задача 2. На испытание поставлено 6 однотипных изделий. Получены следующие значения ti (ti - время 6езотказной работы i- го изделия) : t1 =280 час; t2 = 350 час; t3 =400 час; t4 =320 час; t5 =380 час; t6 =330 час.

Определить статистическую оценку среднего времени безотказной работы изделия.

Решение. По формуле (1.5) имеем

час.

3адача 3. Приемник состоит из трех. блоков: УВЧ, УПЧ и УНЧ. Интенсивности отказов этих блоков соответственно равны: ₁= 4*10^-4 1/час; ₂= 2,5*10^-4 1/час; ₃= 3*10^-4 1/час. Требуется рассчитать вероятность безотказной работы приемника при t=100 час для следующих случаев:

а) резерв отсутствует; б) имеется общее дублирование приемника в целом.

Задача 4. Система состоит из 10 равнонадежных элементов, среднее время безотказной работы элемента m_t = 1000 час. Предполагается, что справедлив экспоненциальный закон надежности для элементов системы и основная и резервная системы равнонадежны. Необходимо найти вероятность безотказной работы системы Р_с(t), среднее время безотказной работы системы m_tс, а также частоту отказов f_c(t) и интенсивность отказов _с (t)

в момент времени t = 50 час в следующих случаях:

а) нерезервированной системы,

Решение:

а)

где _с - интенсивность отказов системы, _i - интенсивность отказов i - го элемента; n = 10,

1/час ,

час ; p_c(t)= ;

f_c(t)=_c(t)p_c(t) ; _c(50)=_c ;

f_c(50)=_c=0.01e^-0.0150610-3 1/час ;

_c(50)=0.01 1/час .

Задача 5. Система состоит из двух устройств. Вероятности безотказной работы каждого из них в течение времени t = 100 час равны: Р₁(100) = 0,95; Р₂(100) = 0,97. Справедлив экспоненциальный закон надежности. Необходимо найти среднее время безотказной работы системы.

Решение. Найдем вероятность безотказной работы изделия:

Р_с(100)=Р₁(100)*Р₂(100)=0,95*0,97=0,92 .

Найдем интенсивность отказов изделия, воспользовавшись формулой

Р_с(t)=e^-ct

или

Р_с(100)=0,92=e^-c100 .

_с*1000,083 или _с=0,83*10^-3 1/час .

Тогда

m_tс=1/_c=1/(0,83*10^-3)=1200 час.

Задача 6. Система состоит из трех блоков, среднее время безотказной работы которых равно : m_t1=160 час; m_t2 =320 час; m_t3 = 600 час.

Для блоков справедлив экспоненциальный закон надежности. Требуется определить среднее время безотказной работы системы.

Решение. Воспользовавшись формулой (3.17) получим

Здесь _i - интенсивность отказов i -го блока. На основании формулы (3.11) имеем

1/час .

Здесь _c - интенсивность отказов системы.

На основании формулы (3.16) получим:

час .

Задача 7. Время работы элемента до отказа подчинено экспоненциальному закону распределения с параметром =2.510^-5 1/час.

Требуется вычислить количественные характеристики надежности элемента p(t),q(t),f(t),m_t для t=1000час.

Решение. Используем формулы (2.6), (2.7), (2.8), (2.10) для p(t),q(t),f(t),m_t .

1. Вычислим вероятность безотказной работы:

.

Используя данные таблицы П.7.14 [ 1 ] получим

.

2. Вычислим вероятность отказа q(1000). Имеем

q(1000)=1-p(1000)=0.0247 .

3. Вычислим частоту отказов

; 1/час.

4. Вычислим среднее время безотказной работы

час.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В традиционном понимании информационная система включает инфраструктурные элементы, такие как компьютеры, линии связи и т.п., а также информационную составляющую (библиотеки, СМИ, телевидение, радио, рекламные щиты и многое другое), т.е. представляет собой некоторое содержательно цельное подмножество информационного пространства.

Надежность информационной системы (ИС) может рассматриваться в совокупности надежности ее аппаратного и программного обеспечения.

Под надежностью ИС понимается свойство системы выполнять возложенные на нее задачи в определенных условиях эксплуатации. При наступлении отказа, который может насупить при сбое в работе аппаратной или программной составляющей, информационная система не может выполнять все предусмотренные документацией задачи, т. е. переходит из исправного состояния в неисправное. Если при наступлении отказа компьютерная система способна выполнять заданные функции, сохраняя значения основных характеристик в пределах, установленных технической документацией, то она находится в работоспособном состоянии. С точки зрения обеспечения целостности информации необходимо сохранять хотя бы работоспособное состояние ИС. Для решения этой задачи необходимо обеспечить высокую надежность функционирования алгоритмов, программ и технических (аппаратных) средств.

Надежность достигается на этапах: разработки, производства, эксплуатации. Для программных средств рассматриваются этапы разработки и эксплуатации. Этап разработки программных средств является определяющим при создании надежных информационных систем. На этом этапе можно выделить основные направления повышения надежности программных средств: корректная постановка задачи на разработку, использование прогрессивных технологий программирования, контроль правильности функционирования. Корректность постановки задачи достигается в результате совместной работы специалистов предметной области и высокопрофессиональных программистов-алгоритмистов.

В настоящее время для повышения качества программных продуктов используются современные технологии программирования. Эти технологии позволяют значительно сократить возможности внесения субъективных ошибок разработчиков. Они характеризуются высокой автоматизацией процесса программирования, использованием стандартных программных модулей, тестированием их совместной работы. Контроль правильности функционирования алгоритмов и программ осуществляется на каждом этапе разработки и завершается комплексным контролем, охватывающим все решаемые задачи и режимы.

На этапе эксплуатации программные средства дорабатываются, в них устраняются замеченные ошибки, поддерживается целостность программных средств и актуальность данных, используемых этими средствами.

Надежность технических средств (ТС) ИС обеспечивается на всех этапах. На этапе разработки выбираются элементная база, технология производства и структурные решения, обеспечивающие максимально достижимую надежность ИС в целом.

Велика роль в процессе обеспечения надежности ТС и этапа производства. Главными условиями выпуска надежной продукции являются высокий технологический уровень производства и организация эффективного контроля качества выпускаемых ТС.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Афанасьев, В.Г. Методы анализа надежности и критичности отказов сложных систем / В.Г. Афанасьев, В.А. Зеленцов, А.И. Миронов. - М.: Министерство обороны, 2012.- 210 с.

2. Рябинин, И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем / И.А. Рябинин - С.-Пб.: Политехника, 2001. - 180 с.

3. Ващенко Г.В., Добронец Б.С. Надежность информационных систем: Лабораторный практикум, 2008.

4. Вихарев С.М. Надежность автоматизированных систем: учеб. пособие. - Кострома: Изд-во КГТУ, 2007.

5. Грэм П. Использование статического и динамического анализа для повышения качества продукции и эффективности разработки [Электронный ресурс] // Операционная система реального времени QNX. - Загл. с экрана. - URL: http://www.swd.ru/ index.php3/pid=828

6. Гуров С.В. Методы и модели анализа надежности сложных технических систем с переменной структурой и произвольными законами распределения случайных параметров, отказов и восстановлений: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - СПб., 2001.

7. Додонов А.Г. Введение в теорию живучести вычислительных систем. -- К.: Наук. думка, 2009.

Размещено на Аllbest.ru