Лабораторная работа 4
Структурная надежность системы
Виды надежности:
· Аппаратная надёжность – обусловлена состоянием аппаратуры;
· Программная надёжность объекта – обусловлена состоянием программ;
· Надёжность объекта, обусловленная качеством обслуживания;
· Функциональная.надёжность – обусловлена,выполняемыми функциями объекта
· Структурная надежность – обусловлена видом или типом соединения элементов в систему
Факторы, влияющие на надёжность объектов
1. Конструктивные (на этапе проектирования и конструирования объекта)
· Выбор структурной и функциональной схем
· Определение материалов и комплектующих элементов
· Выбор режимов и условий работы элементов в системе
· Назначение требований к допускам на технологические характеристики элементов;
· Выбор системы обеспечения безопасности;
· Учёт психофизиологических особенностей операторов;
· Разработка эксплуатационной документации и др.
2. Производственные факторы (установка, отладка, монтаж системы)
· Входной контроль качества материалов и элементов, получаемых от предприятий-поставщиков (смежников);
· Организация технологического процесса изготовления оборудования
· Контроль качества продукции
· Квалификация изготовителей
· Условия работы на производстве
3. Эксплуатационные факторы
· Объективные (воздействия внешней среды)
· Субъективные (воздействие обслуживающего персонала)
Объективные факторы подразделяются на внешние (климатические, механическое воздействие, электромагнитное и радиационное излучения, агрессивная среда) и внутренние (изменение параметров объектов и конструкционных материалов старением износом и коррозией).
Рассчитать систему на надёжность – это значит определить одну ил несколько характеристик надёжности.
Основные этапы расчета надежности систем
Перед расчетом необходимо составить описание системы и основных ее функций.
Расчет надежности систем можно разделить на несколько этапов:
На первом этапе необходимо выделить в системе отдельные элементы (подпрограммы, модули, объектные окна, таблицы базы данных и т.п.), с описанием их функций и назначения.
На втором этапе формулируется понятие отказа для отдельных элементов и системы в целом. А также определяются возможные причины отказов элементов.
На третьем этапе составляется логическая или структурная схема надежности системы.
Под структурной схемой надежности понимается наглядное представление, графическое или в виде логических соотношений, условий, при которых система или объект находятся в работоспособном состоянии.
На четвертом этапе определяются необходимые показатели надежности для каждого из элементов системы.
Для первичных элементов основные показатели надежности определяются в результате специального тестирования или по эксплуатационным данным, если подобные элементы уже использовались
Пятый этап – этап предварительного или окончательного расчета надежности системы
При предварительном расчете учитываются только основные факторы, влияющие на надежность системы (программный, аппаратный, информационный, эргатический)
При окончательном расчете учитываются все факторы, влияющие на надежность.
Логико-вероятностные методы расчёта резервированных систем
Итак, по виду. Резервирование может быть следующим:
Структурное резервирование, иногда называемое аппаратурным (элементным, схемным), предусматривает применение резервных элементов структуры объекта. Суть структурного резервирования заключается в том, что в минимально необходимый вариант объекта (основные элементы) вводятся дополнительные элементы (резервные).
Временное резервирование – использование резервов времени. Предполагается, что на выполнение объектом необходимой работы отводится время, заведомо большее минимально необходимого.
Информационное резервирование – резервирование с применением избыточности информации. Например, многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи.
(передача по каналам связи различных кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки, которые появляются в результате отказов аппаратуры и влияния помех; введение избыточных символов при обработке, передаче и отображении информации.)
Функциональное резервирование – резервирование, при котором заданная функция может выполняться различными способами и техническими средствами.
Нагрузочное резервирование – это резервирование с применением нагрузочных резервов. Нагрузочное резервирование, прежде всего, заключается в обеспечении оптимальных запасов способности элементов выдерживать действующие на них нагрузки.
Перечисленные виды резервирования могут быть применены либо к системе в целом, либо к отдельным элементам системы или к их группам.
Суть логико-вероятностных методов расчёта надёжности состоит в описании схемы системы с помощью аппарата математической логики с последующим использованием теории вероятностей при определении характеристик надёжности.
Расчётные формулы для элементов, соединенных параллельно
Рассмотрим параллельное соединение из трёх элементов. Отказ такого соединения произойдёт после выхода из строя всех элементов.
Условие работоспособности: устройство работоспособно, если работоспособны элементы или a, или b, или c, или a и b, или a и c, или b и c, или a и c и b.
Этому условию соответствует логическая функция:
Минимизируем логическую функцию
Арифметизируем:
Теперь заменим события их вероятностями и получим
Вероятности событий можно рассчитать как показано выше.
Расчётные формулы для элементов, соединенных последовательно
Пусть система состоит из трёх последовательно соединённых элементов 
. Отказ системы произойдёт при отказе любого из элементов.
Условие работоспособности: система работоспособна если работоспособны все элементы (и элемент a и элемент b и элемент c).
Логическая функция:
Арифметическая функция:
ВБР:
Последовательность логико-вероятностного метода расчёта надёжности систем следующая:
1. Словесная формулировка условий работоспособности системы.
2. Составление логической функции работоспособности.
3. Минимизация логической функции и приведение к бесповторной форме.
4. Арифметизация логической функции
5. Замена событий (высказываний) их вероятностями.
6. Расчёт надёжности.
Задачи
1. Назначение информационно-вычислительной системы (ИВС) следует из ее наименования. Структура системы показана на рис. 1, где буквами А1, A2 – обозначены устройства ввода информации в систему, В1, В2, В3 – процессоры обработки информации и буквами С1, С2 – устройства вывода информации.
Рассматривается проблема определения вероятности безотказного функционирования сложной информационно-вычислительной системы (ИВС).
Данной ИВС соответствуют следующие вероятности:
· Вероятность безотказной работы устройства ввода информации - 0,97;
· Вероятность безотказной работы процессора - 0,98;
· Вероятность безотказной работы устройства вывода информации – 0,96;
Рис. Функциональная структура информационно-вычислительной системы
Необходимо:
· Составить структурную схему для расчета вероятности безотказной работы ИВС.
· Рассчитать вероятность безотказной работы системы.
· Дать предложения по повышению надежности сети.
2. Дана сеть топологии «звезда» с активным концентратором (100 Мбит/с).
На рисунке изображены в общем виде структурные схемы сетей двух типов:
а) одноранговая сеть и б) сеть на основе сервера.
Данной сети соответствуют следующие вероятности:
· Вероятность безотказной работы кабелей - 0,92;
· Вероятность безотказной работы рабочих станций (ПК) - 0,9;
· Вероятность безотказной работы концентратора (например, SuperStack II Baseline Dual Speed Hub (12 портов)) – 0,98;
· Вероятность безотказной работы сервера – 0,999.
Рисунок. Структурная схема сети.
а) одноранговая сеть,
б) сеть на основе сервера.
Для обоих вариантов:
1. Составить структурную схему для расчета вероятности безотказной работы системы.
2. Рассчитать показатели надежности (вероятность безотказной работы) системы.
3. Дать предложения по повышению надежности сети.