А. Б. Кильдибеков, н. Г. Ананьева

РАсчет надежности

информационных систем

ОМСК 2006

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

__________________

А. Б. Кильдибеков, Н. Г. Ананьева

Расчет надежности

информационНых систем

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к выполнению контрольной работы

при изучении дисциплины «Надежность информационных систем»

Омск 2006

УДК 62.192

ББК 30.14

К38

Расчет надежности информационных систем: Методические указания к выполнению контрольной работы / А. Б. Кильдибеков, Н. Г. Ананьева; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. 34 с.

В методических указаниях приводится структурно-логический анализ надежности информационных систем, рассматриваются методы расчета надежности в зависимости от способов соединения элементов системы, а также методы повышения надежности информационных систем. Даны варианты заданий для выполнения контрольной работы, приведен пример расчетаодного варианта задания.

Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по специальности 230201 – «Информационные системы и технологии».

Библиогр.: 8 назв. Табл. 3. Рис. 49.

Рецензенты: канд. техн. наук, доцент А. А. Руппель;

канд. техн. наук, доцент Г. Г. Держо.

___________________________________

 Омский гос. университет

путей сообщения, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...	5
1. Структурно-логический анализ информационных систем………………….	6
2. Расчеты структурной надежности систем…………………………………....	9
3. Повышение надежности технических систем………………………………..	12
4. Методические рекомендации……………………………………………….....	15
5. Исходные данные к контрольной работе……………………………………..	18
6. Пример расчета надежности…………………………………………………..	20
Библиографический список……………………………………………………...	27
Приложение. Варианты структурных схем для расчета надежности…………	28

3

ВВЕДЕНИЕ

Надежностью называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность этого объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Расширение условий эксплуатации, многообразие функций, выполняемых информационными системами (ИС), их усложнение приводят к повышению требований к надежности изделий.

Надежность объекта формируется такими составляющими, как безотказ­ность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, основным из которых является свойство безотказности – способность изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени. Наиболее важным в обеспечении надежности ИС является повышение их безотказности.

Проблема надежности ИС решается на всех этапах ее «жизненного цикла» (от зарождения идеи создания ИС до списания): при расчете и проектировании изделия его надежность закладывается в проект, при изготовлении она обеспечивается, а при эксплуатации реализуется, т. е. проб­лему надежности необходимо решать комплексно на всех этапах создания ИС и разными средствами. Например, при проектировании изделия определяется его структура, производится выбор или разработка элементной базы, поэтому на данном этапе имеются наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надежности ИС. Основным методом решения этой задачи являются расчеты надежности (в первую очередь – безотказности) в зависимости от структуры объекта и характеристик составляющих его частей с последующей необходимой коррекцией проекта.

1. СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Конечной целью расчета надежности ИС являются оптимизация конструктивных решений и параметров, режимов эксплуатации и организация технического обслуживания и ремонта, поэтому уже на первых стадиях проектирования необходимо оценить надежность объекта, выявить наиболее ненадежные узлы и детали, определить эффективные меры повышения показателей надежности. Решение этих задач возможно после предвари­тельного структурно-логического анализа системы.

Большинство технических объектов, в том числе и ИС, являются сложны­ми системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, устройств контроля, управления и т. д. Информационная система – совокупность аппа­ратных и программных средств, предназначенных для ввода, передачи, обработки и хранения информации.

Разделение ИС на элементы достаточно условно и зависит от постановки задачи расчета надежности. Например, при анализе работоспособности ИС ее элементами могут считаться отдельные сетевые устройства, которые в свою очередь могут приниматься за технические системы и при оценке их надежности должны быть разделены на элементы – узлы, блоки, а последние – на детали и т. д.

При определении структуры ИС в первую очередь необходимо оценить влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность системы в целом. С этой точки зрения все элементы ИС разделены на четыре группы:

1) элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (например, деформация кожуха, изменение окраски поверхности и т. п.);

2) элементы, работоспособность которых за время эксплуатации практи­чески не изменяется и вероятность безотказной работы близка к единице (кор­пусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности);

3) элементы, ремонт и регулировка которых возможны при работе изделия или во время планового технического обслуживания (наладка или замена технологического инструмента оборудования, настройка частоты селективных цепей РЭС и т. д.);

4) элементы, отказ которых сам по себе или в сочетании с отказом других элементов приводит к отказу системы.

Очевидно, что при анализе надежности ИС имеет смысл включать в рассмотрение только элементы последней группы.

Для расчета параметров надежности используют структурно-логические схемы надежности ИС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно-логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность ИС.

С точки зрения надежности последовательным считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 1.1), параллельным – при котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не откажут все соединенные элементы (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Последовательное соединение элементов	Рис. 1.2. Параллельное соединение элементов

Определенную аналогию можно провести с электрической цепью, составленной из проводящих элементов (исправный элемент пропускает ток, отказавший – не пропускает): работоспособному состоянию ИС соответствует возможность протекания тока от входа до выхода цепи.

В качестве последовательного соединения элементов структурно-логи­ческой схемы приведем информационную систему, в которой происходит последовательное преобразование информации. Если на некоторых участках линии или на пути сигнала предусмотрена одновременная его обработка на нескольких единицах оборудования, то такие элементы (единицы обору­дования) могут считаться соединенными параллельно.

Заметим, что не всегда структурная схема надежности аналогична конструктивной или электрической схеме расположения элементов. Например, линейки оперативной памяти в IBM 486 работают параллельно, однако выход из строя любой из них приводит к отказу системы. Аналогично действие индуктивности и емкости параллельного колебательного контура в селективных каскадах радиоэлектронных систем. Указанные элементы с точки зрения надежности образуют последовательное соединение.

На структуру схемы надежности оказывает влияние и вид возникающих отказов. Например, в электрических системах для повышения надежности применяют параллельное или последовательное соединение коммутационных элементов (табл. 1). Отказ таких изделий происходит по причине обрыва (невозможности замыкания цепи) или замыкания (невозможности разрыва соединения). В случае отказа типа «обрыв» схема надежности соответствует электрической схеме системы (при «обрыве» любого из коммутаторов при последовательном их соединении возникает отказ, при параллельном – все функции управления будет выполнять исправный коммутатор). В случае отказа типа «замыкание» схема надежности противоположна электрической схеме (в параллельном включении утратится возможность отключения тока, а в последовательном общего отказа не происходит).

Таблица 1

Электрические и структурные схемы соединения коммутационных элементов при различных видах отказов

Электрическая схема	Структурная схема надежности при отказе типа
	«обрыв»	«замыкание»

Анализ структурной надежности ИС, как правило, включает в себя следующие операции:

1) анализируются выполняемые системой и ее составными частями функции, а также взаимосвязь составных частей;

2) формируется содержание понятия «безотказной работы» для конк­ретной системы;

3) определяются возможные виды отказов составных частей и системы, их причины и возможные последствия;

4) оценивается влияние отказов составных частей системы на ее работоспособность;

5) система разделяется на элементы, показатели надежности которых известны;

6) составляется структурно-логическая схема надежности технической системы, которая является моделью ее безотказной работы;

7) составляются расчетные зависимости для определения показателей надежности ИС с использованием данных по надежности ее элементов и с учетом структурной схемы.

В зависимости от поставленной задачи на основании результатов расчета характеристик надежности ИС делаются выводы и принимаются решения о необходимости изменения или доработки элементной базы, резервировании отдельных элементов или узлов, об установлении определенного режима профилактического обслуживания, о номенклатуре и количестве запасных элементов для ремонта и т. д.