Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность информационных систем. Лабораторный практикум-1
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К аф едра «Информационные развивающие и образовательные системы
и технологии»
О.Г. ВАСЮКОВ
НАДЕЖНОСТЬ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Лабораторный практикум
Самара
Самарский государственный технический университет
2019
1
Печатается по решению ученого совета СамГТУ (протокол № 8 от
28.03.2019 г.).
УДК 004.62:004.5(076,5)
ББК 32.97:30.14я73
В 20
Васюков О. Г.
Надежность информационных систем: лабораторный практикум /
О.Г. Васюков. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2019. – 71 с.
Предназначен для использования в ходе выполнения лабораторных работ по
дисциплине «Надежность информационных систем» студентами, обучающимися
по направлению подготовки 09.03.02 «Информационные системы и технологии».
Рассматриваются практические вопросы расчета и построения графиков
функций ненадежности и интенсивности отказов в восстанавливаемых и в невосстанавливаемых системах, построение графиков закона распределения случайных
величин, прогнозирование вероятности отказов по результатам испытаний. Приводятся примеры решения задач: по расчету надежности систем с различными
видами резервирования изделий; по определению доверительных границ параметров биномиального распределения с помощью принципа Клоппера – Пирсона.
Приводятся вопросы для тестирования студентов по данным темам для промежуточного и итогового контроля знаний.
УДК 004.62:004.5(076,5)
ББК 32.97:30.14я73
В 20
Р ец ензент: канд. техн. наук, доцент В.В. Козлов
© О.Г. Васюков, 2019
© Самарский государственный
технический университет, 2019
2
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа № 1. Расчет функции ненадежности и построение
графиков функции распределения отказов элементов и функции
интенсивности отказов в невосстанавливаемых системах ......................................... 6
Лабораторная работа № 2. Построение графиков закона распределения
случайных величин: функции надежности P(t) и функции ненадежности F(t)
в восстанавливаемых системах .................................................................................... 13
Лабораторная работа № 3. Прогнозирование вероятности отказов
по результатам испытаний. Построение графиков функции интенсивности
отказов в невосстанавливаемых системах .................................................................. 20
Лабораторная работа № 4. Тестирование .................................................................... 27
Лабораторная работа № 5. Расчет надежности систем с раздельным
постоянным резервированием ...................................................................................... 33
Лабораторная работа № 6. Расчет надежности систем с постоянным общим
и поэлементным резервированием .............................................................................. 39
Лабораторная работа № 7. Расчет надежности систем при ненагруженном
резервировании .............................................................................................................. 46
Лабораторная работа № 8. Расчет надежности систем в режиме облегченного
резерва ............................................................................................................................ 51
Лабораторная работа № 9. Определение доверительных границ параметра
биномиального распределения с помощью принципа Клоппера – Пирсона.
Точечная оценка. ........................................................................................................... 57
Вопросы контрольного теста. ...................................................................................... 64
Список литературы........................................................................................................ 70
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебный процесс в высшей школе включает в качестве органического компонента самостоятельную работу студентов по освоению
учебного материала. В федеральном государственном образовательном
стандарте по каждому направлению и специальности подготовки наряду с аудиторной предусматривается и самостоятельная работа студентов, объем которой варьируется от 30 до 50 % от всей трудоемкости
освоения дисциплины. Поэтому студент, который не ведет самостоятельную работу регулярно, не может качественно освоить учебный материал.
На кафедре ИРОСТ самостоятельная работа включает в минимальном варианте:
1) выполнение домашних заданий: изучение теоретического мате-
риала при подготовке к лабораторным работам;
2) выполнение лабораторных работ не до конца в часы, отведен-
ные для работы в компьютерном классе. Эти работы комплексно включают основные компетенции, приобретаемые студентами в процессе
обучения;
3) самостоятельное ознакомление по Интернету, публикациям, пу-
тем участия в семинарах, конференциях и выставках с наиболее современными тенденциями и новостями в определении надежности информационных систем.
Некоторые простейшие советы по организации успешной само-
стоятельной работы:
1. У тебя много разноплановых дел. От их обилия легко потерять
голову (так и происходит ). Чтобы успевать делать все в срок, заведи
блокнотик, носи его с собой. Записывай туда все свои дела, отмечай,
какие из них уже выполнил. Просматривай его каждый раз перед сном.
Если хочешь, вместо блокнотика используй органайзер своего мобильного телефона. Но главное: всегда записывай то, что нужно сделать, не
на клочке бумаги, который обязательно потеряется, а в этот блокнотик
или органайзер.
4
2. Договаривайся о встречах всегда очень точно: на конкретный
день и час, в определенном месте – и сразу же заноси эту информацию
в свой блокнотик. НИКОГДА НЕ ОПАЗДЫВАЙ! Если тебе стало ясно,
что встреча не может состояться, как условлено, сразу же, ЗАБЛАГОВРЕМЕННО, сообщи об этом тем, с кем договаривался.
3. Основными методами обучения являются лекции, лабораторные
занятия в компьютерном классе и самостоятельная работа.
При прослушивании и проработке лекций особое внимание следует
уделить терминологии, используемой в дисциплине, и основным понятиям. Записывать следует только основные положения, формулируемые преподавателем, и ссылки на информационные источники, которые нужно проработать самостоятельно. Необходимо активно участвовать в обсуждении предлагаемых преподавателем тем, высказывать
собственные соображения.
На лабораторных занятиях необходимо осваивать методы расчета
надежности элементов и систем в бескомпьютерном, «ручном», варианте, приучаясь при этом грамотно оформлять промежуточные расчеты.
Следует учесть, что без самостоятельной работы при подготовке к
занятиям выполнить график лабораторных работ практически невозможно, так как работы требуют знания достаточно большого объема
теоретического материала.
Документирование и формирование итоговой отчётности по первым трем работам следует вести в одном файле с расширением xls, по
работам 4–9 – в бумажном виде. Без предоставления отчётов студен-
ты не могут быть аттестованы по дисциплине в целом!
4. Важной частью учебного процесса является текущий контроль
по контрольным точкам. Для того чтобы успешно пройти текущий
контроль, ознакомься с графиком текущего контроля у преподавателя.
За неделю до контрольной точки уточни у преподавателя, как будет
проходить аттестация, что тебе нужно сделать, чтобы пройти её успешно.
5
Лабораторная работа № 1
Расчет функции ненадежности и построение графиков функции
распределения отказов элементов и функции интенсивности
отказов в невосстанавливаемых системах
1. Цели и задачи работы
Получить практический опыт в применении методов математической статистики при расчетах надежности, закрепить навыки построения графиков закона распределения случайных величин P(t) и функции
ненадежности F(t). Закрепить знания законов распределения вероятных
величин и навыки в построении графиков функций вероятностей случайных величин в MS Excel.
2. Содержание работы
Вариант 1
В результате практических исследований в сложной информационной системе (ИС) в контрольном месяце было зарегистрировано
6 внезапных, независимых друг от друга отказов, которые случились в
3, 8, 10, 13 и 23 дни этого месяца. Часы, в которые случились эти отказы, выберите произвольно.
1. Определите, по какому закону необходимо определять вероят-
ность безотказной работы элементов этой ИС.
2. Постройте график функции распределения отказов элементов
системы в течение исследуемого месяца эксплуатации, состоящей из
2500 однородных элементов.
3. Сравните построенный график интенсивности отказов с графиком функции интенсивности отказов для многих практически важных
случаев (указан в лекции).
4. Постройте график интегральной функции (функции ненадежности).
5. Постройте график функции интенсивности (опасности) отказов.
6
Порядок выполнения работы
1. Получите задания на выполнение работы в электронном виде по
локальной сети.
2. Усвойте необходимый теоретический материал, для чего ответь-
те на следующие вопросы:
a) Что показывает график функции интенсивности отказов?
b) Что показывает график обратной интегральной функции P(t)?
Что означает m в формуле расчета P(t)?
c) Что показывает график интегральной функции F(t)? Что означа-
ет n в формуле расчета F(t)?
d) Что означает h в формуле расчета интенсивности отказов?
e) На какой момент времени берутся значения h в формуле расчета
интенсивности отказов?
3. Выполните работы в соответствии с полученным заданием:
постройте таблицу (рис. 1), состоящую из заголовков столбцов:
Т (время наработки), n(t), m(t), интенсивность отказов λ(t), вероятность
безотказной работы P(t);
в столбце Т (время наработки) построчно запишите интервалы
времени, равные по продолжительности одному месяцу;
для определения λ(t) рассчитайте вначале N(t)ср;
чтобы определить N(t)ср, рассчитайте количество исправных
элементов системы на начало каждого текущего и N(t)ср на начало
предыдущего периода исследования, затем сложите их и далее разделите полученное число на два;
в столбцах λ(t), P(t) запишите рассчитанные для каждого интер-
вала времени значения;
создайте ещё один столбец: P(t, t + τ) = e^ – λτ и заполните его;
по данным двух столбцов Т (время наработки) и P(t) постройте
график безотказной работы (рис. 2, 3).
4. Сравните вероятность безотказной работы системы, полученную
методом параметрической статистики, и вероятность безотказной работы ИС по экспоненциальному закону (см. рис. 2).
7
5. По данным двух столбцов Т (время наработки) и Fλ(t) постройте
график функции F(t) (см. рис. 2).
6. Какому этапу жизненного цикла системы соответствует постро-
енная экспериментальная кривая P(t)?
7. Проведите анализ. Сделайте выводы.
8. Получите зачет по работе.
9. Запишите задание на самостоятельную подготовку [10].
Рис. 1. Таблица с рассчитанными данными
8
Рис. 2. Графики построенных функций для невосстанавливаемых систем
9
Месяц
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
n(t) – число
отказавших
элементов
30
25
18
12
10 9 8 5 3 2 1
0
Рис. 3. Таблица в Excel с указанием дней и часов отказов
Вариант 2
В невосстанавливаемой информационной системе из 2500 элемен-
тов, проработавшей 1 год, отказывали элементы (табл. 1).
Количество отказов по месяцам
Таблица 1
зано число отказов по месяцам за последний год;
указано число отказов по месяцам за последний год;
локальной сети.
те на следующие вопросы:
Постройте графики:
1) функции интенсивности отказов, если в исходных данных ука-
2) обратной интегральной функции P(t), если в исходных данных
3) интегральной функции (функции ненадежности).
Порядок выполнения работы
1. Получите задания на выполнение работы в электронном виде по
2. Усвойте необходимый теоретический материал, для чего ответь-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]