1. Основные понятия, термины и определения

Для изучения надежности ИС воспользуемся положениями системного анализа. Будем именовать конкретное техническое устройство обобщенным понятием «объект».

Объект-это предмет целевого назначения, который рассматривается в течение всего жизненного цикла. Объектами могут быть системы и элементы.

1.1. Система и ее элементы

Под системой понимается совокупность совместно действующих объектов, предназначенных для выполнения определенной практической задачи.

Элемент- это часть системы, не имеющая специального эксплуатационного назначения, а выполняющая в ней определенную функцию.

Например, ИС – это система, а ее элементами являются аппаратные средства (ЭВМ и разнообразное периферийное оборудование), программное обеспечение (ПО), человек- оператор.

Понятия элемент и система – относительны. Если объектом изучения являются аппаратные средства ИС, то системой, например, является ЭВМ, а ее элементы - процессор, основная память, внешние запоминающие устройства и т.д.

При анализе надежности системы (элементы) в зависимости от условий эксплуатации классифицируются:

по способу применения - однократного и многократного действия;

по способу обслуживания - восстанавливаемые и невосстанавливаемые;

по способу изменения работоспособности (определение работоспособного состояния будет дано ниже) – простые и сложные.

Простая система имеет всего два состояния: работоспособное и неработоспособное.

Сложнаясистема имеет несколько состояний, в каждом из которых работоспособность характеризуется различной эффективностью.

Эффективность- свойство системы давать некоторый полезный результат ( целевое назначение).

Эффективность системы определяется двумя способами:

• Вероятностью выполнения цели при определенных условиях эксплуатации ( техническая эффективность);

• Затратами на достижение цели с указанной вероятностью (экономическая эффективность).

Информационная система как сложная системахарактеризуется следующими особенностями [1.2]:

• большое число разнородных, в том числе нетехнических компонентов: состояния программ, организация потоков информации, влияние человека- оператора, стратегия обслуживания;

• технические средства различной физической природы: механические, оптические, электрические, электронные;

• многообразие функциональных задач, решаемых системой;

• сложная сеть передачи информации;

• иерархическая структура управления;

• реальный масштаб времени работы ЭВМ;

• периодическое решение относительно небольшого класса задач;

• наличие различных видов избыточности (структурной, временной, функциональной, информационной и др.), чтобы обеспечить отказоустойчивость при работе системы.

1.2. 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 ниже перечисленных: 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 значения 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 ИС 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 ИС, 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 надежностьобъекта исследования (в нашем случае - ИС), зависящую от технического состояния аппаратуры.

Надежность программного обеспечения определяется качеством алгоритмов и программ (см.п.1.3).

Надежность подсистемы человек- операторзависит от качества обслуживания системы оператором (см.п.1.4).

Понятие надежность тесно связано с понятием отказ.

Отказ– событие, характеризующееся нарушением работоспособного состояния объекта. Рассматривая отказы ИС, 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 не устраненных повреждений или наличия дефектов.

Отказы аппаратурыможно 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. таблицу 1.1) [1.3].

Таблица 1.1 Классификация аппаратурных отказов

Классификационный признак	Вид отказа	Определение
По характеру случайного процесса B(T) - изменения параметров объекта	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 Самоустраняющийся (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

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 25-30 лет. При этом делаются попытки перенесения некоторых положений из области аппаратурной надежности на изучаемые нетехнические аспекты, что является не всегда корректным.