WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |
~.~. cpnlnb, n.c. hb`mnb`, m.c. lnq“chm`, j.`. m`a`nb m`dЁfmnq| hmtnpl`0hnmm{u qhqel `lanb • hgd`ek|qbn cnr bon cr • • • • • • • 2010 УДК 004.052(075) ББК 32.973.202я73 Г874 Р е ц е н з е н т ы:

Доктор технических наук, профессор ГОУ ВПО ТГТУ В.А. Погонин Доктор физико-математических наук, профессор Института проблем экоинформатики Академии естественных наук РФ Ф.А. Мкртчян Г874 Надёжность информационных систем : учебное пособие / Ю.Ю. Громов, О.Г. Иванова, Н.Г. Мосягина, К.А. Набатов. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. – 160 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0911-1.

Рассмотрены основные понятия теории надёжности, показатели надёжности и аналитические зависимости между ними, вопросы надёжности программного и аппаратного обеспечения, понятия теории восстановления, надёжность восстанавливаемых и невосстанавливаемых технических устройств, структурные схемы надёжности, вопросы оценки надёжности аппаратно-программных комплексов с учётом характеристик программного и информационного обеспечения, практические методы статистической оценки надёжности.

Предназначено для студентов 4 курса очной формы обучения и 5 курса заочной формы обучения специальности 230201 "Информационные системы и технологии".

УДК 004.052(075) ББК 32.973.202я73 Государственное образовательное учреждение ISBN 978-5-8265-0911-1 © высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО ТГТУ), 2010 Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" Ю.Ю. ГРОМОВ, О.Г. ИВАНОВА, Н.Г. МОСЯГИНА, К.А. НАБАТОВ НАДЁЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Допущено УМО вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 230200 "Информационные системы", специальности 230201 "Информационные системы и технологии" Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ Учебное издание ГРОМОВ Юрий Юрьевич, ИВАНОВА Ольга Геннадьевна, МОСЯГИНА Надежда Геннадьевна, НАБАТОВ Константин Александрович НАДЁЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Учебное пособие Редактор Т.М. Г л и н к и н а Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Р ы ж к о в а Подписано в печать 18.04.2010.

Формат 60 84 / 16. 9,3 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. ВВЕДЕНИЕ Наука о надёжности является сравнительно молодой, её формирование относится к середине XX века. Развитие и усложнение техники потребовали разработки научных основ нового направления – теории надёжности. Предмет её исследований составляют изучение причин, вызывающих отказы объектов; определение закономерностей, которым подчиняются отказы; разработка способов количественного измерения надёжности, методов расчёта и испытаний, разработка путей и средств повышения надёжности.

Первые шаги в области исследований надёжности были связаны со сбором статистических данных о надёжности радиоэлементов, а все усилия специалистов были направлены на определение причин ненадёжности. Следующими шагами стали развитие физической надёжности (физики отказов) и развитие математических основ теории надёжности, явившихся обязательным атрибутом разработки и проектирования сложных и ответственных технических систем.

В соответствующих областях техники разрабатывались и продолжают разрабатываться прикладные вопросы надёжности, вопросы обеспечения надёжности данной конкретной техники (радиоэлектронные приборы, средства вычислительной техники, транспортные машины, продуктопроводы, химические реакторы и т.д.). При этом решается вопрос о наиболее рациональном использовании общей теории надёжности в конкретной области и ведётся разработка таких новых положений, методов и приёмов, которые отражают специфику данного вида техники. Так возникла прикладная теория надёжности.

Комплексная автоматизация производственных процессов поставила перед управляющими устройствами новые, исключительно ответственные задачи, которые должны выполняться безупречно на протяжении всего периода работы автоматической линии, автоматизированного цеха или предприятия.

Современное общество нередко называют информационным. Под информационным обществом понимают такую ступень в развитии цивилизации, которая характеризуется возрастанием роли информации во всех областях общественной жизни; созданием и развитием рынка информационных услуг, новых форм социальной и экономической деятельности;

созданием глобального информационного пространства, обеспечивающего доступ к мировым информационным ресурсам;

превращением информационных ресурсов общества в реальные ресурсы социально-экономического развития.

Поэтому в настоящее время проблема надёжности является ключевой по отношению к современным информационным системам, по существу, от неё во многом зависят темпы их развития. Отказ в работе (в том числе и неправильное функционирование) информационных систем может привести даже к катастрофическим последствиям глобального масштаба.

Наука о надёжности развивается в тесном взаимодействии с другими науками [1].

Математическая логика позволяет представить сложные логические зависимости между состояниями системы и её комплектующих частей.

Теория вероятностей, математическая статистика и теория вероятностных процессов дают возможность учитывать случайный характер возникающих в системе событий и процессов, формировать математические основы теории надёжности.



Теория графов, исследования операций, теория информации, техническая диагностика, теория моделирования, основы проектирования систем и технологических процессов позволяют обоснованно решать задачи надёжности.

Можно выделить следующие основные направления развития теории надёжности.

1. Развитие математических основ теории надёжности. Обобщение статистических материалов об отказах и разработка рекомендаций по повышению надёжности объектов вызвали необходимость определять математические закономерности, которым подчиняются отказы, а также разрабатывать методы количественного измерения надёжности и инженерные расчёты её показателей.

2. Развитие методов сбора и обработки статистических данных о надёжности. Обработка статистических материалов в области надёжности потребовала развития существующих методов и привела к накоплению большой статистической информации о надёжности. Возникли статистические характеристики надёжности и закономерности отказов.

3. Развитие физической теории надёжности. Наука о надёжности не могла и не может развиваться без исследования физико-химических процессов. Поэтому большое внимание уделяется изучению физических причин отказов, влиянию старения и прочности материалов на надёжность, разнообразных внешних и внутренних воздействий на работоспособность объектов.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИ 1.1. ПОНЯТИЕ НАДЁЖНОСТИ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Функциональные качества технических устройств (ТУ), в том числе и информационных систем (ИС), в значительной степени зависит от их надёжности.

ИС – это сложная программно-аппаратная система, включающая в свой состав эргатические (человеко-машинные) звенья, технические или аппаратные средства и программное обеспечение.

Говоря о надёжности ИС, необходимо учитывать две её составляющие: надёжность аппаратных средств и надёжность программного обеспечения. Если методы исследования и обеспечения надёжности технической (аппаратной) составляющей ИС аналогичны соответствующим мероприятиям других ТУ, то программное обеспечение отличается от подобной методологии. Так, при исследовании этих структур имеется в виду достоверность информации, её корректность, правильность интерпретации. В дальнейшем, говоря о ТУ, будем иметь в виду, в том числе, и аппаратные составляющие ИС (компьютеры, периферийное оборудование, коммутационное оборудование, кабельное оборудование и др.). Названные категории не исключают, а взаимно дополнят друг друга, поскольку в такой сложной системе, как ИС, обеспечить необходимый уровень надёжности можно, только учитывая, особенности её составляющих.

Теория надёжности опирается на совокупность различных понятий, определений, терминов и показателей, которые строго регламентируются в государственных стандартах (ГОСТ). В основу перечня положен ГОСТ 27.002–89 "Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения" [2], формулирующий применяемые в науке и технике термины и определения в области надёжности, и материалы сайта [3].

Объект – техническое изделие определённого целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

Объектами могут быть различные системы и их элементы, в частности: сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.

Система – объект, представляющий собой совокупность элементов, связанных между собой определёнными отношениями и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной функции.

Признаком системности является структурированность системы, взаимосвязанность составляющих её частей, подчинённость организации всей системы определённой цели. Системы функционируют в пространстве и времени.

Элемент системы – объект, представляющий отдельную часть системы. Само понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов.

Понятия "система" и "элемент" выражены друг через друга, поскольку одно из них следовало бы принять в качестве исходного, постулировать. Понятия эти относительны: объект, считавшийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент, если изучается объект большего масштаба. Кроме того, само деление системы на элементы зависит от характера рассмотрения (функциональные, конструктивные, схемные или оперативные элементы), от требуемой точности проводимого исследования, от уровня наших представлений, от объекта в целом. Человек-оператор также представляет собой одно из звеньев системы человек–машина.

Различают следующие состояния объекта.

Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативнотехнической документацией (НТД).

Неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД.

Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах, установленных НТД.

Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД.

Переход объекта в различные состояния:

Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности.





Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт отказа. Признаки (критерии) отказов устанавливаются НТД на данный объект.

Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности).

Восстанавливаемый объект – объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

Невосстанавливаемый объект – объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

Временные характеристики объекта:

Наработка – продолжительность или объём работы объекта. Объект может работать непрерывно или с перерывами. Во втором случае учитывается суммарная наработка. Наработка может измеряться в единицах времени, циклах, единицах выработки и других единицах.

В процессе эксплуатации различают суточную, месячную наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами, заданную наработку и т.д. Если объект эксплуатируется в различных режимах нагрузки, то, например, наработка в облегчённом режиме может быть выделена и учитываться отдельно от наработки при номинальной нагрузке.

Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации до достижения предельного состояния. Обычно указывается, какой именно технический ресурс имеется в виду: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего и т.п. Если конкретного указания не содержится, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех (средних и капитальных) ремонтов, т.е. до списания по техническому состоянию.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта от её начала или возобновления после капитального или среднего ремонта до наступления предельного состояния.

Эксплуатация объекта – это стадия его существования в распоряжении потребителя при условии применения объекта по назначению, что может чередоваться с хранением, транспортированием, техническим обслуживанием и ремонтом, если это осуществляется потребителем.

Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта в заданных условиях, в течение и после которой сохраняются значения установленных показателей (в том числе и показателей надёжности) в заданных пределах.

Определение надёжности. Работа любой технической системы может характеризоваться её эффективностью (рис. 1.1), под которой понимается совокупность свойств, определяющих способность системы выполнять при её создании определённые задачи.

В соответствии с ГОСТ 27.002–89 под надёжностью понимают 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 транспортировки.

При описании характеристик составляющих и показателей надёжности, основных понятий и определений теории надёжности были использованы материалы источников [4 – 21].

Социальный и индивидуальный риск Рис. 1.1. Основные свойства технических систем Самые совершенные начальные технические характеристики ТУ являются необходимыми, но не достаточными условиями высоких эксплуатационных качеств этих устройств. Начальные характеристики ТУ показывают его потенциальные технические возможности. Важной является способность ТУ сохранять эти характеристики в течение всего жизненного цикла или в процессе эксплуатации. Эта способность зависит как от свойств, которые были заложены в ТУ в процессе проектирования и изготовления, так и от интенсивности эксплуатации, правильности и своевременности технического обслуживания. Поэтому физический смысл надёжности состоит в способности сохранять эти свойства, сопротивляться агрессивным эксплуатационным факторам. Надёжность может выступать как в качестве самостоятельной эксплуатационной характеристики, так и служить составляющей других эксплуатационных характеристик. При этом надёжность является частью более широкого понятия – эффективности.

Эффективность ТС – это свойство системы выполнять заданные функции с требуемым качеством. Причём на эффективность функционирования ТС наряду с надёжностью влияют и другие характеристики, такие как точность, быстродействие, помехоустойчивость и т.д.

Говоря о некотором ТУ, нужно иметь в виду, что его надёжность PТУ в общем случае оказывает влияние на эффективность работы Э более сложной системы, частью которой он является. Это влияние осуществляется через техникоэкономическую эффективность ТЭ, представляющую собой характеристику уровня выполнения системой своих функций с учётом финансовых, трудовых и материальных затрат. Формально это можно записать следующим образом:

Э = f TЭ, Ф1,..., Фn ;

( ) TЭ = f PТУ, Ф1,..., Фn ;

( ) PTУ = Kн, Уи, ( ) где Kн – начальный уровень надёжности ТУ; Уи – фактор, учитывающий условия эксплуатации и технического обслуживания этой системы; Ф1,..., Фn – прочие факторы.

В качестве критерия оценки технико-экономической эффективности ТЭ технического устройства может быть использовано соотношение:

Q ТЭ =, E где Q – полезный эффект; E – суммарные затраты.

Зависимость между характеристиками надёжности и технико-экономической эффективностью может быть представлена в виде:

m TЭ = a0 t + ai t Pi.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.