- •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
Вопросы и задания
Назовите показатели надежности невосстанавливаемых систем.
Для чего наряду с плотностью распределения отказов в теории надежности вводят интенсивность отказов?
Какие законы распределения случайных величин используются в теории надежности и почему?
Каковы недостатки и достоинства показательного распределения?
Если в технической документации указано, что для данного компонента системы среднее время наработки на отказ равно 100 000 ч, то чему равна интенсивность отказов этого элемента при показательном распределении?
Как при расчете надежности невосстанавливаемых систем учитываются режимы работы элементов?
Назовите существующие методы резервирования.
Какова методика расчета при постоянно включенном резерве?
Какие существуют виды резервирования замещением?
Сформулируйте критерий надежности систем с восстановлением.
Как определяются параметр потока отказов и параметр потока восстановлений?
Приведите пример графа работоспособности для простейшей системы из двух блоков, соединенных последовательно.
Является ли коэффициент готовности стационарным?
Приведите пример расчета стационарного коэффициента готовности для простейшей системы из двух блоков, соединенных параллельно.
Рассчитайте число состояний, входящих в марковскую цепь, если число блоков системы равно 10.
Как будет выглядеть усеченная марковская цепь из предыдущего вопроса, если в системе нет резервирования?
Каковы правила усечения марковской цепи, если в системе есть резервирование?
Как сказывается на коэффициенте готовности наличие в системе схем встроенного контроля?
Повышает или понижает надежность невосстанавливаемой системы схема встроенного контроля?
Чем можно воспользоваться при расчете надежности конструируемой системы, если надежностные характеристики отдельных блоков не могут быть точно определены?
Какие задачи решает теория надежности в период эксплуатации системы?
Список литературы
Белоусов В.В., Киселев В.В., Кулагина М.М. Надежность технических систем / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 1995. – 71 с.
Гуров С.В., Половко А.М. Основы теории надежности.– М.: BHV, 2008. – 704 с.
Шишмарев В.Ю. Надежность технических систем. – М.: Академия, 2010. – 304 с.
Белоусов В.В., Кон Е.Л., Кулагина М.М. Надежность средств и систем. Применение теории нечетких множеств и теории категорий для решения задач надежности, технической диагностики и телекоммуникации / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – 116 с.
Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия–Телеком, 2009. – 608 с.
3. Создание надежного программного обеспечения
Создание и оценка характеристик надежного программного обеспечения (ПО) – задача гораздо более сложная, чем создание и оценка характеристик надежного аппаратного обеспечения, поскольку и сама задача разработки программного обеспечения, как правило, более сложная и неоднозначная, чем задача разработки аппаратного обеспечения. В первую очередь, это объясняется тем, что число функций, которые должно выполнять ПО, на несколько порядков превосходит число функций, которые выполняет аппаратура. К тому же, если возможные воздействия на аппаратуру со стороны окружающей среды и пользователя можно предусмотреть достаточно полно, то возможные воздействия среды и пользователя на программу вряд ли возможно предсказать.
В связи с этим проблемы, возникающие при разработке надежного программного обеспечения, являются многочисленными, разносторонними и не до конца изученными. В данной главе ставится цель рассмотреть весьма ограниченный класс задач, чаще всего возникающий при создании аппаратно-программных комплексов в АСУ ТП и системах передачи данных. Однако для демонстрации полной сложности задачи построения надежного ПО затрагиваются некоторые другие проблемы.
Соответственно, в данной главе рассматриваются вопросы, связанные с созданием надежного программного продукта, производится оценка надежности ПО, а также предлагается комплексная оценка надежности программно-аппаратной системы. Кроме того, при обсуждении методики построения надежного ПО приводятся типовые ошибки, снижающие надежность ПО.
Кратко рассматривается проблема проверки правильности созданного ПО, т.е. тестирования и верификация программ, являющиеся неотъемлемой частью создания ПО и прямо влияющие на надежность программы. Концепции тестирования и верификации достаточно многочисленны и разнообразны, по существу – это тема для отдельного раздела. В данном учебном пособии мы рассмотрим эти вопросы скорее обзорно.