
- •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
1.6.1. Контроль технического состояния асоиу в процессе эксплуатации
Одним из основных факторов, влияющих на надежность АСОИУ, является контроль состояния системы. В сочетании с методами по включению резерва, ремонта отказавшей аппаратуры и корректировке ошибок ПО контроль является одним из самых эффективных средств повышения надежности АСОИУ.
Под контролем АСОИУ понимаются процессы, обеспечивающие обнаружение ошибок в работе автоматизированной системы, вызванных отказами или сбоями аппаратуры, ПО или ошибками человека – оператора [1.7].
Важным показателем качества контроля является полнота контроля. Количественно полнота контроля оценивается отношением, показывающим относительное число элементов схемы (количество команд программы), охваченных данным способом контроля.
По типу применяемых средств контроль АСОИУ разделяется на аппаратный, программный и смешанный, осуществляемый совместно аппаратными и программными средствами.
Аппаратный контроль отличается большим быстродействием, но требует дополнительной аппаратуры.
Программный контроль требует дополнительного объема памяти для размещения программ контроля и связан с некоторым расходом дополнительного процессорного времени для выполнения программ контроля. Как правило, программный контроль обладает большей полнотой, чем аппаратный.
По выполняемым функциям контроль делится на оперативный и тестовый.
Оперативный контроль осуществляется в ходе решения функциональных задач АСОИУ и позволяет немедленно обнаруживать ошибку в ее работе. Оперативный контроль в принципе не является полным.
Тестовый контроль осуществляется в специально отведенные промежутки времени при помощи специальных тестовых задач. Он основан на тестах, которые могут обеспечить полный контроль объекта (элементов аппаратуры или команд программы) за минимальное время. Недостаток тестового контроля – потеря процессорного времени, расходуемого на тесты. Тестовый контроль, как правило, не позволяет обнаруживать сбои аппаратуры в процессе ее эксплуатации, так как обычно к моменту проведения теста имевший место сбой спонтанно исчезает.
По способу организации различают контроль прямой, обратный, смешанный.
При прямом контроле основной вычислительный процесс О с определенными исходными данными Х сопровождается параллельным процессом П. В случае безошибочной работы системы результаты этих процессов должны совпадать (это определяется сравнивающим устройством М). Метод позволяет выявить отказы и сбои аппаратуры, если процессы О и П выполняются по одной и той же программе. Если эти процессы выполняются с помощью разных программ, то можно определить ошибки и в программах (см. п. 6.5.2). Основной недостаток прямого контроля – большая трата аппаратных средств (обычно его проводят на резервированной аппаратуре). Если же процессы О и П выполнять последовательно, то потребуется избыток времени, при этом будут выявлены только сбои аппаратуры.
Для некоторых задач, характеризуемых взаимно однозначным соответствием между исходными данными и результатами, эффективнее применять обратный контроль. При таком контроле параллельный процесс П1 с исходными данными У и результатом Х осуществляет обратное преобразование контролирующего процесса О. Например, если осуществляется операция извлечения квадратного корня, то проще осуществить контроль возведением полученного результата в квадрат и сопоставлением его с исходной величиной. Недостатком обратного контроля, кроме ограниченности класса решаемых задач, является расход дополнительного времени.
Иногда используется смешанный контроль, при котором как исходные данные, так и результаты подвергаются некоторым преобразованиям П2 и П3 , подобранных так, чтобы в случае безошибочных результатов процессов получались сопоставимые данные.
По объекту контроля различают контроль аппаратуры, программного обеспечения и человека-оператора.
В качестве оперативных методов контроля аппаратуры используется кодовый контроль, который основан на том факте, что коды, циркулирующие в ЭВМ, во многих случаях могут быть разделены на допустимые (правильные) и неправильные. Так можно выявить недопустимые коды операций, адресов. Для несложных цифровых устройств применяется также контроль по модулю [1.7]: числовой и цифровой, которые позволяют выявить ошибки в работе аппаратуры преобразования данных, например, сумматоров и ошибки аппаратуры передачи и хранения данных (при этом методе на уровне интегральных схем вводятся дополнительные схемы контроля). Эти виды контроля не являются полными. Полный контроль возможен при дублировании аппаратуры (см. п. 4.4). Тогда необходимо использовать схемы сравнения на выходе дублированной структуры.
Для оперативного программного контроля в АСОИУ, где выполняется ограниченное число функциональных программ, как правило, используется программно-логический контроль: контроль длительности выполнения программ, последовательности выполнения, метод контрольных функций и т.д. (см. п. 6.5.2).
Тестовый контроль аппаратуры обеспечивает проверку правильности работы аппаратуры при помощи специальных тестовых последовательностей, записываемых на внешних накопителях ЭВМ вместе с правильными результатами. Расхождение между записанными и полученными результатами тестов являются признаками отказов.
В настоящее время, учитывая широкое использование в аппаратуре АСОИУ больших интегральных схем (БИС и СБИС), получили распространение вероятностные методы тестирования, при которых проверка правильности работы аппаратуры достигается с большой долей вероятности. К таким методам относятся методы компактного тестирования (например, сигнатурного анализа). При компактном тестировании на вход схемы подается некоторая последовательность тестов. Выходные сигналы необходимо сравнивать с эталонными последовательностями. Чтобы сократить объем запоминаемой информации, в качестве результата тестирования используется не вся выходная информация, а некоторая «сжатая» характеристика, например, число единиц или число переходов 0-1 и 1-0 в последовательности. Такая «сжатая» характеристика называется сигнатурой.
При мажоритарном резервировании аппаратуры ( см.п.4.4) может быть применен метод сравнения с эталоном [1.7].