
- •1. Основные понятия, термины и определения 8
- •2. Количественные показатели аппаратурной надежности асоиу 27
- •3. Математические модели надежности аппаратуры асоиу 41
- •4. Расчет надежности невосстанавливаемой аппаратуры асоиу на этапе проектирования 49
- •5. Расчет надежности ремонтируемых систем 63
- •6. Основы моделирования и расчета надежности программных средств 73
- •7. Основы эргономики асоиу 87
- •8. Основы организации испытаний асоиу на надежность 107
- •9. Основные принципы обеспечения качества промышленной продукции 117
- •Введение
- •1. Основные понятия, термины и определения
- •1.1. Система и ее элементы
- •1.2. Основные функции асоиу
- •1.3. Понятия надежности и отказа системы (элемента)
- •1.4. Основные определения в области качества и надежности программного обеспечения (по) асоиу
- •1.5. Основные определения в области надежности подсистемы человек-оператор асоиу
- •1.6. Факторы, влияющие на надежность асоиу
- •1.6.1. Контроль технического состояния асоиу в процессе эксплуатации
- •1.6.2. Влияние внешних воздействующих факторов при эксплуатации асоиу
- •1.7. Проблема стандартизации в области надежности и качества
- •2. Количественные показатели аппаратурной надежности асоиу
- •2.1. Основные показатели надежности невосстанавливаемых объектов
- •2.1.1. Вероятность безотказной работы
- •2.1.2. Вероятность отказа
- •2.1.3. Средняя наработка до отказа
- •2.1.4. Интенсивность отказов
- •2.2. Показатели надежности восстанавливаемых объектов
- •2.2.1. Показатели безотказности восстанавливаемых объектов
- •2.2.1.1. Параметр потока отказов
- •2.2.1.2. Средняя наработка на отказ объекта
- •2.2.2. Показатели ремонтопригодности
- •2.2.2.1. Вероятность восстановления
- •2.2.2.2. Среднее время восстановления
- •2.2.2.3. Интенсивность восстановления
- •2.2.3. Показатели долговечности
- •Комплексные показатели надежности
- •2.3.1. Коэффициент готовности
- •2.3.2. Коэффициент оперативной готовности
- •2.3.3. Коэффициент технического использования
- •Коэффициент сохранения эффективности
- •3. Математические модели надежности аппаратуры асоиу
- •3.1. Модели потоков событий
- •3.1.1. Простейший поток отказов
- •3.1.2. Потоки Эрланга
- •3.2. Законы распределения дискретных случайных величин
- •3.2.1. Биномиальный закон распределения числа появления события а в m независимых испытаниях
- •3.2.2. Пуассоновское распределение появления n событий за время t
- •3.3. Законы распределения непрерывных случайных величин
- •3.3.1. Экспоненциальное распределение
- •3.3.2. Нормальное распределение
- •3.3.3. Гамма-распределение
- •3.4. Модели случайных процессов
- •3.3.1. Марковские процессы
- •4. Расчет надежности невосстанавливаемой аппаратуры асоиу на этапе проектирования
- •4.1. Составление логических схем
- •4.2. Расчет надежности нерезервированной невосстанавливаемой системы
- •Учет влияния режимов работы элементов на надежность
- •4.4. Расчет надежности невосстанавливаемых резервированных систем
- •4.4.1. Резервирование с целой кратностью с постоянно включенным резервом или нагруженное резервирование замещением с абсолютно надежными переключателями
- •4.4.1.1. Общее резервирование
- •4.4.1.2. Раздельное резервирование
- •4.4.1.3. Общее резервирование с дробной кратностью
- •4.4.2. Резервирование замещением ненагруженное и облегченное с абсолютно надёжными переключателями
- •4.4.2.1.Общее ненагруженное резервирование замещением
- •4.4.2.2. Облегченное резервирование замещением
- •В случае показательного распределения наработки до отказа
- •4.4.3. Резервирование с учетом надежности переключателей
- •4.4.4. Скользящее резервирование
- •5. Расчет надежности ремонтируемых систем
- •5.1. Общая характеристика методов расчета надежности ремонтируемых систем
- •Вычисление функций готовности и простоя нерезервированных систем
- •5.3. Особенности расчета резервированных систем
- •5.3.1. Ненагруженное резервирование с восстановлением
- •5.3.2. Нагруженное резервирование замещением
- •Расчет надежности восстанавливаемых систем, перерывы в работе которых в процессе эксплуатации недопустимы
- •Примеры решения типовых задач
- •Основы моделирования и расчета надежности программных средств
- •6.1. Модель анализа надежности программных средств
- •6.2. Статистика ошибок по асоиу
- •6.3. Количественные характеристики надежности по асоиу
- •6.4. Модели надежности программного обеспечения
- •6.4.1. О возможности построения априорных мнп
- •6.4.2. Непрерывные эмпирические модели надежности по (нэмп)
- •6.4.3. Дискретные эмпирические модели надежности по (дэмп)
- •6.5. Способы обеспечения и повышения надежности по
- •6.5.1. Основы организации тестирования программ
- •6.5.1.1. Особенности тестирования « белого ящика»
- •6.5.1.2. Особенности функционального тестирования по ( методы тестирования «черного ящика»)
- •6.5.1.3. Организация процесса тестирования программного обеспечения
- •6.5.2. Способы оперативного повышения надежности по
- •Основы эргономики асоиу
- •7.1. Основные понятия и определения
- •7.2. Классификация эргономических методов исследования
- •7.3. Характеристика деятельности человека-оператора технических систем
- •7.4. Влияние человека - оператора на надежность асоиу
- •Показатели безошибочности человека-оператора
- •7.4.2. Способы борьбы с ошибками оператора
- •7.5. Проектирование дружественных пользователю вычислительных систем
- •7.5.1. Эргономика средств ввода информации
- •7.5.2. Работа с дисплеями и требования к ним
- •7.5.3. Организация компьютеризованных рабочих мест
- •7.6. Организация диалога человека и эвм
- •8. Основы организации испытаний асоиу на надежность
- •8.1. Виды испытаний на надежность
- •Принципиальные особенности организации испытаний на надежность асоиу
- •Основы организации определительных испытаний на надежность
- •8.3.1. Точечные оценки показателей безотказности и ремонтопригодности
- •8.3.2. Оценка показателей надежности доверительным интервалом
- •8.3.2.1. Определение доверительного интервала для средней наработки на отказ
- •8.3.2.2. Определение доверительного интервала для вероятности безотказной работы по числу обнаруженных при испытаниях отказов
- •8.4. Основы организации контрольных испытаний
- •9. Основные принципы обеспечения качества промышленной продукции
- •9.1. Современная концепция обеспечения качества продукции
- •Наименование детали
- •Два подхода к контролю за качеством продукции
- •Заключение
1.2. Основные функции асоиу
Общая цель функционирования АСОИУ (оптимизация работы системы в соответствии с принятым критерием управления) обеспечивается выполнением ряда более простых, частных целей, каждая из которых достигается выполнением соответствующих функций. Все функции, выполняемые АСОИУ, в общем случае можно разделить на управляющие, информационные и вспомогательные [1.4].
Целями реализации управляющих функций является выработка и осуществление управляющих воздействий на объект. Например, автоматизированная система управления технологическим процессом осуществляет регулирование отдельных параметров процесса, логическое управление отдельными операциями.
Целями реализации информационных функций является сбор, обработка и представление информации о состоянии объекта. Например, измерение и регистрация технологических параметров, вычисление, анализ и регистрация обобщенных показателей объекта.
Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач, например, контроль состояния АСОИУ.
Все функции выполняются при взаимодействии составных частей АСОИУ:
аппаратных средств,
программного обеспечения,
информационного обеспечения (системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации и нормативно- справочная информация),
оперативного персонала, осуществляющего контроль и управление объектом и ремонтным персоналом,
организационного обеспечения (описание системы и регламента ее работы).
1.3. Понятия надежности и отказа системы (элемента)
Согласно действующему стандарту 27.002-89 « Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения» любое состояние объекта относится к одному из нижеперечисленных: исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное, предельное.
Введем наиболее важные для дальнейшего изложения материала определения, приводимые в указанном стандарте.
Исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неработоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Предельное состояние. Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
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.
Надежность – комплексное свойство, которое в зависимости от условий работы и назначения изделия определяется четырьмя составляющими: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени в заданных условиях эксплуатации.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Для АСОИУ наиболее важными составляющими надежности являются свойства безотказности и ремонтопригодности, поскольку ее моральное старение происходит, как правило, раньше физического, а транспортировке (до установки в систему) подвергаются только отдельные элементы (аппаратура ЭВМ), а не система в целом.
Используя метод декомпозиции при анализе надежности АСОИУ, будем рассматривать ее отдельные составляющие: аппаратурную надежность, надежность программного обеспечения, надежность подсистемы человек- оператор.
Следует отметить, что стандарт 27.002-89 в наибольшей степени определяет аппаратурную надежность объекта исследования (в нашем случае - АСОИУ), зависящую от технического состояния аппаратуры.
Надежность программного обеспечения определяется качеством алгоритмов и программ (см. п. 1.4).
Надежность подсистемы человек-оператор зависит от качества обслуживания системы оператором (см. п. 1.5).
Понятие надежность тесно связано с понятием отказ.
Отказ – событие, характеризующееся нарушением работоспособного состояния объекта. Рассматривая отказы АСОИУ, будем выделять отказы аппаратуры, отказы ПО, отказы подсистемы человек-оператор.
Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.
Переход объекта из исправного состояния в неисправное не связан с отказом.
В ГОСТ введено еще одно понятие, отражающее состояние объекта - дефект.
Дефектом в ГОСТ Р ИСО 9000-2000 называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние, отличное от отказа. В соответствии с определением отказа, как события, заключающегося в нарушении работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был работоспособен. Отказ может быть следствием развития неустраненных повреждений или наличия дефектов.
Отказы аппаратуры можно классифицировать по различным признакам, выбор которых зависит от конкретного устройства и его назначения в системе, от полноты располагаемой информации об отказах и т.д. (см. табл. 1.1) [1.4].
Исследования в области надежности на протяжении первых десятилетий становления науки были посвящены анализу аппаратурных отказов. Исследования надежности программного обеспечения и надежности человека-оператора автоматизированных систем активно развиваются лишь в последние 20-25 лет. При этом делаются попытки перенесения некоторых положений из области аппаратурной надежности на изучаемые нетехнические аспекты, что является не всегда корректным.
Таблица 1.1
Классификация аппаратурных отказов
Классификационный признак |
Вид отказа |
Определение |
По характеру изменения параметров объекта - случайного процесса B(t) |
Внезапный
Постепенный |
Отказ характеризуется скачкообразным изменением составляющих вектора B(t)
Отказ характеризуется постепенным изменением составляющих вектора B(t)
|
По степени нарушения функционирования |
Полный
Частичный |
Отказ, после которого функционирование полностью прекращается Отказ, приводящий к снижению эффективности работы системы |
По устойчивости (во времени) состояния неработоспособности |
Устойчивый Самоустраняю-щийся (сбой) |
|
По связи с предыдущим отказом |
Первичный (независимый)
Вторичный (зависимый) |
Отказ, не являющийся следствием ранее возникших отказов Отказ, являющийся следствием ранее возникших отказов
|
По наличию внешних проявлений |
Явный
Неявный |
Отказ обнаруживается непосредственно после его возникновения Отказ не обнаруживается непосредственно после его возникновения |