- •Е.Л. Кон, м.М. Кулагина надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем
- •Оглавление
- •1. Основные теоретические сведения 9
- •2. Надежность аппаратурного обеспечения 31
- •3. Создание надежного программного обеспечения 130
- •4. Диагностика состояния сложных технических систем 205
- •Введение
- •1. Основные теоретические сведения
- •1.1. Информационно-управляющие и инфокоммуникационные системы
- •1.2. Основные определения теории надежности
- •1.2.1. Надежность и ее частные стороны
- •1.2.2. Виды надежности
- •1.2.3. Отказы
- •1.2.4. Эффективность
- •1.2.5. Восстановление
- •1.3. Понятие случайных событий и случайных величин
- •1.3.1. Надежность систем при основном (последовательном) и параллельном соединении элементов
- •1.3.2. Основное соединение элементов
- •1.3.3. Параллельное соединение элементов
- •1.4. Элементы теории нечетких множеств
- •1.4.1. Понятие принадлежности и основные операции для четких подмножеств
- •1.4.2. Понятие принадлежности и основные операции для нечетких подмножеств
- •1.4.3. Отношение доминирования
- •1.4.4. Простейшие операции над нечеткими множествами
- •1.4.5. Расстояние Хэмминга
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •2. Надежность аппаратурного обеспечения
- •2.1. Надежность невосстанавливаемых систем без резервирования
- •2.1.1. Показатели надежности невосстанавливаемых объектов
- •2.1.2. Законы распределения случайных величин, используемые в теории надежности
- •Показательное (экспоненциальное) распределение
- •Усеченное нормальное распределение
- •Распределение Вейбулла
- •Гамма-распределение
- •Практическая область применения законов распределения времени безотказной работы
- •2.1.3. Использованиеи-характеристик для решения практических задач
- •2.1.4. Особенности расчета надежности при проектировании различных систем
- •2.1.5. Расчет надежности по блок-схеме системы
- •2.1.6. Расчет надежности при подборе элементов системы
- •2.1.7. Расчет надежности системы с учетом режимов работы элементов
- •2.1.8. Учет цикличности работы аппаратуры
- •2.2. Надежность невосстанавливаемых систем с резервированием
- •2.2.1. Пути повышения надежности
- •2.2.2. Методы резервирования
- •2.2.3. Расчет надежности сложных систем при постоянно включенном резерве
- •2.2.4. Расчет надежности системы при резервировании замещением
- •2.2.5. Резервирование замещением в случае нагруженного резерва
- •2.2.6. Резервирование замещением в случае облегченного резерва
- •2.2.7. Резервирование замещением в случае ненагруженного резерва
- •2.2.8. Расчет надежности систем с функциональным резервированием
- •2.3. Расчет надежности восстанавливаемых систем
- •2.3.1. Критерий надежности систем с восстановлением
- •Характеристики потока отказов
- •Характеристики потока восстановления
- •Комплексные характеристики надежности систем с восстановлением
- •2.3.2. Расчет надежности по графу работоспособности объекта
- •2.3.3. Определение среднего времени наработки на отказ системы с восстановлением
- •2.3.4. Расчет надежности систем с восстановлением при основном (последовательном) и параллельном соединении элементов
- •2.3.5. Расчет надежности сложных инфокоммуникационных систем
- •Структура и функции стс
- •Определение надежностных характеристик блоков стс
- •Составление структурно-логической схемы надежности и графа состояний
- •2.3.5.4. Расчет коэффициента готовности стс
- •Определение надежностных характеристик блоков аиис
- •Составление структурно-логической схемы надежности и графа переходов
- •Расчет коэффициента готовности аиис «Алтайэнерго»
- •Расчет коэффициента готовности аиис
- •2.4. Расчет надежности восстанавливаемых систем при наличии системы контроля
- •2.4.1. Система встроенного контроля абсолютно надежна
- •2.4.2. Система встроенного контроля самопроверяемая, и ее отказ обнаруживается сразу же
- •2.4.3. Система встроенного самоконтроля несамопроверяемая
- •2.5. Расчет надежности в условиях нечетко заданных исходных данных
- •2.5.1. Выбор оптимального варианта для невосстанавливаемых систем
- •2.5.2. Выбор оптимального варианта для восстанавливаемых систем
- •2.6. Расчет надежности систем на этапе эксплуатации
- •2.6.1. Планирование и расчет периодов профилактик
- •2.6.2. Планирование и расчет числа запасных изделий
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •3. Создание надежного программного обеспечения
- •3.1. Надежность программного обеспечения
- •3.1.1. Ошибки в по и их типы
- •Типы ошибок в программном обеспечении
- •3.1.2. Причины появления ошибок в программном обеспечении
- •3.1.3. Отношения с пользователем (заказчиком)
- •3.1.4. Принципы и методы обеспечения надежности
- •3.1.5. Последовательность выполнения процессов разработки программного обеспечения
- •3.1.6. Сравнение надежности аппаратуры и программного обеспечения
- •3.2. Основные этапы проектирования программного обеспечения
- •3.2.1. Правильность проектирования и планирование изменений
- •3.2.2. Требования к по
- •3.2.3. Цели программного обеспечения
- •Цели продукта
- •Цели проекта
- •Общие правила постановки целей
- •Оценка целей
- •3.2.4. Внешнее проектирование
- •Проектирование взаимодействия с пользователем
- •Подготовка внешних спецификаций
- •Проверка правильности внешних спецификаций
- •3.2.5. Проектирование архитектуры программы
- •Независимость модулей
- •Прочность модулей
- •Сцепление модулей
- •3.2.6. Методы непосредственного повышения надежности модулей
- •Пассивное обнаружение ошибок
- •Активное обнаружение ошибок
- •Исправление ошибок и устойчивость к ошибкам
- •Изоляция ошибок
- •Обработка сбоев аппаратуры
- •3.2.7. Проектирование и программирование модуля
- •Внешнее проектирование модуля
- •Проектирование логики модуля
- •Пошаговая детализация
- •3.2.8. Стиль программирования
- •Ясность программирования
- •Использование языка
- •Микроэффективность
- •Комментарии
- •Определения данных
- •Структура модуля
- •3.3. Тестирование и верификация программ
- •3.3.1. Проблемы тестирования программ
- •3.3.2. Технологии тестирования программ
- •3.3.3. Принципы тестирования
- •3.4. Модели надежности по
- •3.4.1. Модель роста надежности
- •3.4.2. Другие вероятностные модели
- •3.4.3. Статистическая модель Миллса
- •3.4.4. Простые интуитивные модели
- •3.4.5. Объединение показателей надежности
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •4. Диагностика состояния сложных технических систем
- •4.1. Предмет, задачи и модели технической диагностики
- •4.1.1. Предмет технической диагностики
- •4.1.2. Основные аспекты, задачи и модели технической диагностики
- •4.1.3. Классификация диагностических процедур и их краткая характеристика
- •4.2. Построение тестов
- •4.2.1. Построение тестового набора методом активизации существенного пути
- •4.2.2. Алгоритм построения тестового набора для комбинационной схемы методом активизации существенного пути
- •4.2.3. Построение тестов для схем с памятью
- •Комбинационная модель последовательностной схемы
- •Построение тестовой последовательности по комбинационной модели последовательностной схемы
- •4.3. Функциональный контроль и диагностирование сложных технических систем
- •4.3.1. Полностью самопроверяемые цифровые устройства
- •4.3.2. Схемы встроенного контроля
- •4.3.3. Схемы сжатия
- •4.3.4. Микропроцессор как объект функционального контроля
- •4.3.5. Модель мп с точки зрения функционального контроля
- •4.3.6. Диагностическая модель уу мп системы
- •4.3.7. Критерии оценки методов контроля механизмов выборки, хранения и дешифрации команд
- •4.3.8. Встроенный функциональный контроль механизмов хранения и дешифрации команд
- •Методы пошагового контроля правильности хода программ
- •Методы контроля, реализующие раскраску команд
- •Метод контроля, использующий раскраску без учета структуры команд
- •Преобразованная программа приведена ниже:
- •Цвет Четность Цвет гса
- •Метод контроля команд, реализующий раскраску с учетом структуры команды
- •Раскраска без внесения в команду избыточных разрядов
- •Методы контроля механизмов дешифрации и хранения команд с помощью веса перехода
- •Метод контроля с помощью алгебраических кодов
- •Методы блокового контроля правильности хода программ
- •Блоковый контроль программ по методу разбиения программы на фазы (блоки)
- •Блоковый контроль правильности хода программ с помощью сигнатур
- •Метод контроля программ на основе полиноминальной интерпретации схем алгоритмов (программ)
- •Сравнительный анализ свк, реализующих методы блокового и пошагового контроля
- •4.4. Экспертные системы диагностирования сложных технических систем
- •4.4.1. Обучение и его модели. Самообучение
- •4.4.2. Экспертные системы и принципы их построения
- •4.4.3. Проблема разделения в самообучаемых экспертных системах
- •4.4.4. Алгоритмы обучения экспертных систем
- •Частота события находится по следующей формуле:
- •4.4.5. Асу «интеллектуальным зданием»
- •4.4.6. Система, принимающая решения по максимальной вероятности
- •4.4.7. Система, принимающая решения по наименьшему расстоянию
- •4.4.8. Повышение достоверности решений экспертной системы
- •4.4.9. Прогнозирование технического состояния узлов
- •Вопросы и задания
- •Список литературы
- •Приложение Интенсивность отказов компонентов иус
- •Кон Ефим Львович, Кулагина Марина Михайловна надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем
Составление структурно-логической схемы надежности и графа переходов
По структурной схеме АИИС (см. рис. 2.35) видно, что блоки делятся, как и предыдущем примере, на дублированные и недублированные. Однако дублирование блоков не является явно выраженным, и построение структурно-логической схемы надежности является более сложной задачей.
Анализ функций блоков АИИС показывает следующее. Сервер ОАО не дублируется. Линии связи корпоративной сети дублируются сотовой связью GSM. Оборудование для связи подстанций (ПС) не дублируется. Оборудование для связи в составе КЭС, ЗЭС, ВЭС, СВЭС и СЭС дублируется GSM/GPRS-модемом.
Врезультате выявленных особенностей функционирования АИИС получается структурно-логическая схема надежности, представленная на рис. 2.36.
Рис. 2.36. Структурно-логическая схема надежности АИИС
Расчет коэффициента готовности аиис «Алтайэнерго»
На первом этапе расчета составим граф работоспособности системы. Для этого определим все состояния работоспособности системы с учетом блоков системы и установим интенсивности перехода по данным состояниям. Усечение графа переходов будет осуществляться так же, как в предыдущем примере, до терминальных состояний.
Выделим следующие состояния. Буква «р» в обозначении состояния свидетельствует о работоспособности АИИС в данном состоянии, буква «н» – о неработоспособности.
0 – все блоки исправны;
1р – отказ блока GSM/GPRS-модем;
2р – отказ блока КЭС;
3р – отказ блока ЗЭС;
4р – отказ блока ВЭС;
5р – отказ блока СВЭС;
6р – отказ блока СЭС;
1н – отказ блока GSM/GPRS-модем и блока КЭС или блока ЗЭС или блока ВЭС или блока СВЭС или блока СЭС;
7р – отказ блока Корпоративная сеть;
8р – отказ блока Сотовая сеть;
7н – отказ блоков Корпоративная сеть и Сотовая связь;
9н – отказ блока 1ПС;
10н – отказ блока 2ПС;
11н – отказ блока 3ПС;
12н – отказ блока 4ПС;
13н – отказ блока 5ПС;
14н – отказ блока 6ПС;
15н – отказ блока 7ПС;
16н – отказ блока «Сервер».
Граф работоспособности системы, построенный с учетом введенных обозначений, представлен на рис. 2.37.
Рассчитаем интенсивности отказов и восстановления блоков и интенсивности перехода между состояниями:
GSM/GPRS-модем: T = 65000 ч, Tв = 1 ч.
Рассчитаем интенсивность отказов:
Интенсивность восстановления
Блок КЭС: в данный блок входят терминальный сервер Digi One SP и телефонный модем AnCom ST.
Рис. 2.37. Граф работоспособности системы
Digi One SP: T = 100000 ч, Tв = 0,5 ч.
Рассчитаем интенсивность отказов:
Интенсивность восстановления
AnCom ST: T = 60000 ч, Tв = 0,5 ч.
Рассчитаем интенсивность отказов для модема:
Интенсивность восстановления
Суммарная интенсивность отказа складывается из интенсивностей и и вычисляется следующим образом:
Интенсивность восстановления примем равной 2.
Так как блоки КЭС, ЗЭС, ВЭС, СВЭС и СЭС содержат одинаковые элементы, соответственно, их интенсивности отказа и восстановления будут равны.
Корпоративная сеть передачи данных:
T = 170000 ч, Tв = 1 ч.
Рассчитаем интенсивность отказов:
Интенсивность восстановления
Для сотовой связи стандарта GSM исходные данные такие же, как у корпоративной сети передачи данных, следовательно, значения интенсивностей будут равны: и.
Блок 1ПС: в данный блок входят телефонный модем AnCom ST, GSM/GPRS-модем и Сикон С50.
Для GSM/GPRS-модема и телефонного модема AnCom ST интенсивности были рассчитаны выше.
Сикон С50: T = 70000 ч, Tв = 0,5 ч.
Рассчитаем интенсивность отказов:
Интенсивность восстановления
Суммарная интенсивность отказа будет складываться из интенсивностей , и и вычисляется следующим образом:
Интенсивность восстановления примем равной 2.
Так как блоки 1ПС, 2ПС, 3ПС, 4ПС и 5ПС содержат одинаковые элементы, то соответственно их интенсивности отказа и восстановления будут равны.
Блок 6ПС: в данный блок входят GSM/GPRS-модем и Сикон С50.
Интенсивности GSM/GPRS-модема и Сикона С50 были рассчитаны выше.
Суммарная интенсивность отказа будет складываться из интенсивностей и и вычисляется следующим образом:
Интенсивность восстановления примем равной 1.
Сервер: T = 70000 ч, Tв = 1 ч.
Рассчитаем интенсивность отказов:
Интенсивность восстановления