Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прикладные проблемы надежности и качества систем. Курс лекций
.pdf
График функции μ0(ΔV) показан на рис. 2.6.
μо(ΔV)
1,0
0,5
∆V, %
6 8,5 15
Рис. 2.6. Функция принадлежности по недовыпуску продукции
В данном примере штраф накладывается по суммарному объему
недовыпущенной продукции. Возможны варианты штрафа за недовыпуск определенных групп марок стали.
В качестве примера построения функции принадлежности нечеткого отказа по параметру был выбран процесс движения плавок до
посада в нагревательные колодцы на предприятии КарМК. Для построения был использован опрос экспертов. Группа экспертов состояла из 7 человек. Под номерами 1 и 2 в табл. 2.2 были начальник
цеха подготовки составов и его заместитель. Под номерами 3, 4, 5
были мастера участка, а под номерами 6 и 7 – рабочие-крановщики.
При управлении движением составов основным критерием служит
температура плавки перед посадом в колодцы.
Под отказом условились понимать ситуацию, когда переостывшая
плавка создает напряженную обстановку на участке. Экспертам последовательно задавался вопрос: «Считаете ли Вы, что произошел
отказ, если температура плавки достигла T °C?» Опрос производился
по группе марок кипящих плавок. Температура задавалась от 500 до
1100 °С с интервалом 100 °С.
В процессе диалога выяснилось, что экспертам легче ответить не
«да» или «нет», а назвать приблизительно средний процент плавок с
данной температурой, приводивших к сложной ситуации, квалифицируемой как отказ. Результаты приведены в табл. 2.2. Суммарный
ответ – процент отказов – это ненормированная функция принадлежности. Индивидуальные ответы суммировались коэффициентами:
1/4, 1/4, 1/8, 1/8, 1/8, 1/16, 1/16.
51
Результаты расчета функции принадлежности μ
Номера экспертов
Значение
0
()Tµ
1 2 3 4 5 6 7
500
100
100
100
100
100
100
100
100
1,0
600
90
80
100
80
70
90
100
85,1
0,851
700
80
70
90
80
70
90
90
73,1
0,731
800
60
60
70
70
60
80
80
65,0
0,650
900
30
40
50
40
40
60
50
40,6
0,406
1000
10 0 10 0 10
10 0 5,6
0,056
1100
0 0 0 0 0 0 0,0
0,0
T, oC
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
500
1000
μo(T)
(ΔV)
0
Таблица 2.2
Температу-
ра T, °C
Процент
отказов
График функции принадлежности μ0(T) приведен на рис. 2.7.
Рис.2.7. Функция принадлежности по температуре посада плавки
Метод количественной оценки значений функции принадлежности по качественным характеристикам экспертов разработан Л. Заде.
При использовании вероятности нечеткого отказа в задачах оперативного управления производством получаются устойчивые вычислительные процедуры там, где применение понятие обычного
отказа приводит к исчезающе малым значениям вероятности выполнения производственной программы. Последнее еще раз убеждает в
том, что нечетко множественная интерпретация цели управления в
человеко-машинной системе адекватно отражает реальные процессы.
52
Выводы по информационным моделям надежности
автоматизированных ПС
1. Надежность автоматизированной ПС при решении задач управления производством может рассматриваться как надежность собственно ПС, т. е. автономно от надежности АСОИ, решающей задачи
управления.
2. Показателем надежности ПС служит вероятность достижения
цели при заданном управлении.
3. Проблема исследования надежности ПС связана со случайными
процессами, причиной которых являются случайные интервалы технологических операций и структурные особенности модели ПС, являющееся результатом прохождения материального потока при
практическом отсутствии резерва мощности.
4. Причиной значительного уровня стохастичности ПС являются
положительные обратные связи в материальном потоке.
5. Простая ПС характеризуется однородностью потока продукции
и простой структурой, отражающей последовательное прохождение
материального потока через агрегатные узлы или локализованные
участки производства.
6. Функциональная надежность простой ПС оценивается с помощью достаточно простой рекуррентной процедуры.
7. В модели функциональной надежности простой ПС нет смысла
вводить коэффициент готовности, связанный только с исправностью
оборудования. В качестве коэффициента готовности следует рассматривать вероятность выпуска продукции.
8. Сложная ПС обычно имеет векторную цель. Отказ в сложной
ПС нельзя сформулировать по принципу выхода некоторого параметра (или группы параметров) из заданных пределов.
9. Тактические задачи управления производственным процессом в
сложной ПС построены гибко и ориентированы на нечеткие цели, т. е.
цели, сформулированные в терминах нечетких множеств. Нечеткость
принципиальна и является следствием стохастичности системы.
10. Следствием введения понятия нечеткой цели ПС является
формулировка понятия нечеткого отказа в ПС.
11. Методика вычисления вероятности нечеткого отказа ПС по
векторной цели предусматривает эксперимент на имитационной модели системы в связи с неизвестной, как правило, функцией плотности распределения случайных параметров, характеризующих достижение цели.
53
12. Функции принадлежности нечеткого отказа в реальном произ-
12
11
0.9: 0.8pp= =
(1) 1, (2) 0,8, (3) 0,1
xx x
µ=µ = µ=
водстве могут быть вычислены на основе результатов работы обычной (неавтоматизированной) системы управления предприятием, а
также по экспертным оценкам персонала, участвующего в операциях
управления.
Контрольные вопросы и задачи
1. Назовите факторы, вызывающие случайный характер процессов
в производственной системе.
2. Опишите механизм действия обратной связи по потоку продукции.
3. Почему в простой ПС имеется требование однородности потока
продукции?
4. Как количественно оценить состояние склада?
5. Как вычислить вероятность переполнения склада?
6. Простая ПС состоит из агрегатов A
Склад C
1
является складом источником. Вероятности безотказной
работы агрегатов равны:
3
= 20, производительности агрегатов – R1 = 2(1/min), R2 = 3(1/min).
M
Вычислить вероятность функционирования системы в произвольный
момент времени. Оценить вероятность переполнения складов C
1
, A2 и складов C1, C2, C3,.
, емкости складов – M2 = 3,
1
, C2.
7. Приведите различные виды функций принадлежности нечеткого отказа и дайте примеры формулировки отказа, соответствующего
этим функциям.
8. С чем связана операция нормирования функции принадлежности? Как она делается?
9. Как соотносятся понятия обычного и нечеткого отказа?
10. Случайный параметр Х принимает значения 1,2 или 3 с вероятностями соответственно 0,2; 0,3; 0,5. Указанные значения Х расцениваются как нечеткий отказ по данному параметру принадлежности
. Вычислить вероятность нечеткого
отказа.
54
3. КАЧЕСТВО ИС
3.1. Принципы оценки качества ИС
Качество ИС связано с дефектами, заложенными на этапе проектирования и проявляющимися в процессе эксплуатации. Любые свойства
ИС, в том числе и дефектологические, могут проявляться лишь во
взаимодействии с внешней средой, включающей технические средства, персонал, информационное и программное окружение.
В зависимости от целей исследования и этапов жизненного цикла
ИС дефектологические свойства разделяют на дефектогенность, дефектабельность и дефектоскопичность.
Дефектогенность определяется влиянием следующих факторов:
– численность разработчиков ИС, их профессиональными и психофизиологическими характеристиками;
– условия и организация процесса разработки ИС;
– характеристики инструментальных средств и компонентов ИС;
– сложность задач;
– степень агрессивности внешней среды (потенциальная возмож-
ность внешней среды вносить преднамеренные дефекты, например,
воздействие вирусов).
Дефектабельность характеризует наличие дефектов ИС и определяется их числом и местонахождением. Другими факторами, влияющими на дефектабельность являются:
– структурно-конструктивные особенности ИС;
– интенсивность и характеристики ошибок, приводящих к дефек-
там.
Дефектоскопичность характеризует возможность проявления дефектов в виде отказов и сбоев в процессе отладки, испытаний или
эксплуатации. На дефектоскопичность влияют:
– количество, типы и характер распределения дефектов в ИС;
– устойчивость ИС к проявлению дефектов;
– характеристики средств контроля и диагностики дефектов;
– квалификация обслуживающего персонала.
Оценка качества ИС является крайне сложной задачей ввиду
многообразия интересов пользователей. Поэтому невозможно
предложить одну универсальную меру качества и приходится
использовать ряд характеристик, охватывающих весь спектр
предъявляемых требований. Наиболее близки к задачам оценки
55
качества ИС модели являются задачи оценки качества программного обеспечения, являющегося одной из важных составных частей системы. В настоящее время используется несколько абстрактных моделей качества программного обеспечения, основанных на определении характеристики и показателя качества, критерия и метрики.
Критерий может быть определен как независимый атрибут ИС
или процесса ее создания. С помощью такого критерия может
быть измерена характеристика качества ИС на основе той или
иной метрики. Совокупность нескольких критериев определяет
показатель качества, формируемый исходя из требований, предъявляемых к системе. В настоящее время наибольшее распространение получила иерархическая модель взаимосвязи компонент–
качества ИС. Вначале определяются характеристики качества, в
числе которых могут быть, например, общая и исходная полезность, удобство эксплуатации. Далее формируются показатели, к
числу которых могут быть отнесены: практичность, целостность,
корректность, удобство обслуживания, оцениваемость, гибкость,
адаптируемость, мобильность, возможность взаимодействия. Каждому показателю качества ставится в соответствие группа критериев. Надо отметить, что один и тот же критерий может характеризоваться несколькими показателями.
Итак, при оценке качества информационной системы используются показатели качества и соответствующие им критерии:
1) практичность – работоспособность, возможность обучения,
коммуникативность, объем ввода, скорость ввода-вывода;
2) целостность – регулирование, контроль доступа;
3) эффективность – эффективность использования памяти и
функционирования;
4) корректность – трассируемость, завершенность, согласован-
ность;
5) надежность – точность, устойчивость к ошибкам, согласован-
ность, простота;
6) удобство обслуживания – согласованность, простота, крат-
кость, информативность, модульность;
7) оцениваемость – наличие измерительных средств, информатив-
ность, модульность;
8) гибкость – распространяемость, общность, информатирован-
ность, модульность;
56
9) адаптируемость – общность, информативность, модульность,
аппаратная и программная независимость;
10) мобильность – информативность, модульность, аппаратная
и программная независимость;
11) возможность взаимодействия – модульность, унифицируе-
мость процедур связи, унифицируемость данных.
С помощью метрик можно дать количественную или качественную оценку качества ИС. Рассмотрим типы метрик и шкал для измерения критериев.
Первый тип – метрики, которые используют интервальную шкалу,
характеризуемую относительными величинами или реально измеряемыми физическими показателями (например, временем наработки
на отказ, вероятностью ошибки, объемом информации и др.).
Второй тип – метрики, которым соответствует порядковая шкала,
позволяющая ранжировать характеристики путем сравнения с опорными значениями.
Третий тип – метрики, которым соответствует номинальная шкала, определяющая наличие рассматриваемого свойства или признака
у рассматриваемого объекта без учета градаций по этому признаку.
Например, интерфейс может быть «простым для понимания», «умеренно простым» и «сложным для понимания».
Развитием иерархического подхода является представленная на
рис. 3.1 модель классификации критериев качества ИС. Имеется два
типа критериев:
1) функциональные критерии (с их помощью оценивается степень
выполнения ИС основных целей или задач);
2) конструктивные критерии (предназначены для оценки компо-
нентов ИС, не зависящих от ее целевого назначения).
Существует три основных определения, относящихся к качеству ИС:
1. Качество ИС – совокупность полезных свойств системы с точки зрения пользователей в соответствии с ее назначением и предъявленными к ней требованиями.
2. Характеристика качества ИС – понятие, отражающее отдельные измеримые факторы, влияющие на качество системы.
3. Критерий качества – численный показатель, характеризующий
оцениваемое свойство системы и обеспечивающий возможность определения затрат, необходимых для достижения требуемого уровня
качества.
57
Рис. 3.1. Модель классификации критериев качества
информационных систем
Стандарты серии ИСО 9000 впервые создали общую основу для
стандартов на системы управления качеством, применимых, в том
числе и при разработке ИС. Их концептуальной основой является
процессный подход, суть которого определяется тем, что любую деятельность можно представить в виде сети процессов, каждый из которых характеризуется входными и выходными данными.
Важнейшей компонентой ИС является ее интеллектуальная составляющая, содержание которой выражено в программных средствах.
3.2. Качество программных средств ИС
3.2.1. Стандарты, регламентирующие качество
программных средств
В настоящее время разработан и формализован проект стандарта
ISO 9126:1-4, состоящего из четырех частей. Его предполагается за-
менить, на две взаимосвязанные серии стандартов: ISO 9126:1-4
(проект) «Качество программных средств» и утвержденный стандарт ISO 14598:1-6:1998–2000 «Оценивание программного продук-
та». Проект нового стандарта ISO 9126 состоит из следующих час-
58
тей под общим заголовком – «Информационная технология. Качест-
во программных средств»:
Часть 1: Модель качества.
Часть 2: Внешние метрики качества.
Часть 3: Внутренние метрики качества.
Часть 4: Метрики качества в использовании.
Первая часть стандарта ISO 9126-1 (пересмотренная и расширенная редакция ISO 9126:1991) сохранила практически ту же номенклатуру нормативных характеристик качества программных
средств. В ней приводится схема взаимосвязи частей стандарта ISO
9126 и ISt 14598, а также область применения, нормативные ссылки,
термины и определения. Модель характеристик качества программных средств состоит из шести групп базовых показателей, каждая из
которых детализирована несколькими нормативными субхарактеристиками.
Функциональная пригодность детализируется:
– пригодностью для применения;
– корректностью (правильностью, точностью);
– способностью к взаимодействию;
– защищенностью.
Надежность характеризуется:
– уровнем завершенности (отсутствия ошибок);
– устойчивостью к дефектам;
– восстанавливаемостью;
– доступностью – готовностью.
Эффективность рекомендуется отражать:
– временной эффективностью;
– используемостью ресурсов.
Применимость (практичность) предлагается описывать:
– понятностью;
– простотой использования;
– изучаемостью;
– привлекательностью.
Сопровождаемость представлена:
– удобством для анализа;
– изменяемостью;
– стабильностью;
– тестируемостью.
Переносимость (мобильность) предлагается отражать:
– адаптируемостью;
59
– простотой установки (инсталляцией);
– сосуществованием (соответствием);
– замещаемостью.
Дополнительно каждая характеристика сопровождается субхарактеристикой «согласованность», которая должна отражать отсутствие
противоречий с иными стандартами и нормативными документами, а
также с другими показателями в данном стандарте. Характеристики
и субхарактеристики в этой части стандарта определены очень кратко (2–3 строки), без комментариев и подробных рекомендаций по их
применению к конкретным системам и проектам. Материалы имеют
концептуальный характер и не содержат рекомендаций по выбору и
упорядочению приоритетов необходимого минимума критериев в
зависимости от особенностей объекта, среды разработки и применения. Кроме того, отсутствуют методики измерения характеристик и
сопоставления с требованиями спецификаций, а также рекомендации, на каких этапах жизненного цикла программных средств их целесообразно применять. Описания показателей качества ориентированы на высококвалифицированных системных аналитиков и заказчиков программных средств, которым предоставляется возможность
выбирать необходимую номенклатуру и способ оценивания характеристик в соответствии с назначением, областью применения и конкретными особенностями создаваемых объектов.
Первая часть ISO 9126-1 определяет модель характеристик качества программных средств и ее связи с жизненным циклом программ.
Кратко описаны компоненты этой модели преобразования и реализации требований к составляющим качества.
Все множество показателей качества программных средств классифицировано в структуру иерархического дерева характеристик,
субхарактеристик и атрибутов. Самый высший уровень этой структуры состоит из характеристик качества, а самый нижний уровень –
из их атрибутов. Эта иерархия не строгая, поскольку некоторые атрибуты могут быть связаны с более чем одной субхарактеристикой.
Другие части стандарта описывают характеристики качества на основе внутренних атрибутов программных средств и внешнего поведения вычислительной системы. Эти типы метрик применимы при
определении требований к качеству и целей проекта программных
средств, включая его промежуточные компоненты.
В первой части стандарта выделена специфическая модель характеристик качества в использовании. В этой модели используются
иные базовые характеристики (см. 4-й стандарт «Метрики качества
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]