Тема: Методы и средства обеспечения надежности автоматизированных ИС

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Информационное обеспечение, программирование
  • Язык:
    Русский
  • Формат файла:
    MS Word
  • Размер файла:
    643,63 Кб
Методы и средства обеспечения надежности автоматизированных ИС
Методы и средства обеспечения надежности автоматизированных ИС
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Оглавление

Введение

1.Общая часть

1.1 Проектирование и модернизация АИС

1.2 Кластерные технологии

2.Специальная часть

2.1 Методы расчета надежности на разных этапах проектирования ИС

2.1.1 Предварительный расчет надежности

2.1.2 Расчет надежности с учетом коэффициентов

2.2 Расчет надежности с резервированием

3.Экспериментальная часть

3.1 Надежность ПО

3.2 Испытание на надежность

Заключение

Список литературы

Приложение А

Состав комплекса CASE-средств

Введение

На современном этапе экономического развития страны одной из важнейших проблем является задача повышения качества продукции и работ (услуг). Важное место в решении этой проблемы занимает задача повышения надежности разработок в области создания автоматизированных информационных систем (АИС), используемых в различных сферах деятельности: обработки данных, проектирования, научных исследований.

Повышение надежности разработок в области создания АИС - разносторонняя проблема. Она имеет социальный, экономический и научно-технический аспекты.

Социальный аспект проблемы заключается в необходимости своевременного приведения надежности разработок в соответствие с мировыми постоянно ожесточающимися требованиями, предъявляемыми потребителем к надежности продукции. Этот аспект в первую очередь определяется такими социальными факторами, как профессиональное мастерство и качество труда.

Экономический аспект проблемы повышения надежности продукции определяется тем, что данная проблема является частью более общей проблемы - повышения эффективности производства.

Научно-технический аспект проблемы обусловливается тем, что уровень надежности разработок АИС зависит от достижений науки и техники, а также темпов внедрения этих достижений в различные сферы производственной и непроизводственной деятельности.

Эффективность и качество АИС во многом предопределяются их надежностью, т.е. свойством системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.

Целью курсовой работы является следующее:

-описание общих концепций методологии надежности АИС;

-надежность при проектировании и модернизации АИС;

-методы расчета надежности на разных этапах проектирования ИС;

-методы расчета надежности с резервированием.

Экспериментальной частью курсовой работы является разработка программы по надежности ПО, испытания и руководство пользователя по надежности.

1.Общая часть

.1 Проектирование и модернизация АИС

Технология проектирования АИС - это совокупность методов и средств проектирования АИС, а также методов и средств организации проектирования (управление процессом создания и модернизации проекта АИС). В основе технологии проектирования лежит технологический процесс (ТП), который определяет действия, их последовательность, состав исполнителей, средства и ресурсы, требуемые для выполнения этих действий на рис.1

Рис. 1 Пример Разработки АИС «работа с клиентами автосервиса»

информационный система кластерный программный

Действия, которые выполняются при проектировании АИС, могут быть определены как неделимые технологические операции или как под процессы технологических операций. Все действия могут быть собственно проектировочными, которые формируют или модифицируют результаты проектирования, и оценочными, которые вырабатывают по установленным критериям оценки результатов проектирования.

Таким образом, технология проектирования задается регламентированной последовательностью технологических операций, выполняемых в процессе создания проекта на основе того или иного метода.

Основные требования, предъявляемые к выбираемой технологии проектирования, следующие:

-созданный с помощью этой технологии проект должен отвечать требованиям заказчика;

-технология должна максимально отражать все этапы цикла жизни проекта;

-технология должна обеспечивать минимальные трудовые и стоимостные затраты на проектирование и сопровождение проекта;

-технология должна способствовать росту производительности труда проектировщиков;

-технология должна обеспечивать надежность процесса проектирования и эксплуатации проекта;

-технология должна способствовать простому ведению проектной документации.

Методы проектирования АИС можно классифицировать по степени использования средств автоматизации, типовых проектных решений, адаптивности к предполагаемым изменениям.

По степени автоматизации различают:

-ручное проектирование;

-программирование производится на алгоритмических языках;

-компьютерное проектирование.

-По степени использования типовых проектных решений различают:

-оригинальное (индивидуальное) проектирование;

-типовое проектирование.

Типовое проектирование выполняется на основе готовых решений и является обобщением опыта, полученного ранее при создании родственных проектов.

По степени адаптивности проектных решений различаются следующие методы:

-реконструкция;

-параметризация;

-реструктуризация модели.

Сочетание различных признаков классификации методов проектирования обусловливает характер используемой технологии проектирования АИС. Выделяются два основных класса технологии проектирования: каноническая и индустриальная. Индустриальная технология проектирования в свою очередь разбивается на два подкласса: автоматизированное и типовое проектирование. Использование индустриальных технологий проектирования не исключает использования в отдельных случаях канонической технологии.

Каноническое проектирование АПС ориентировано на использование главным образом каскадной модели жизненного цикла АИС.

В зависимости от сложности объекта автоматизации и набора задач, требующих решения при создании конкретной АИС, стадии и этапы работ могут иметь различную трудоемкость. Допускается объединять последовательные этапы и исключать некоторые из них на любой стадии проекта. Допускается также начинать выполнение работ следующей стадии до окончания предыдущей.

Обследование - это изучение и анализ организационной структуры предприятия, его деятельности и существующей системы обработки информации.

Материалы, полученные в результате обследования, используются для:

-обоснования разработки и поэтапного внедрения систем;

-составления технического задания на разработку систем;

-разработки технического и рабочего проектов систем.

На этапе обследования целесообразно выделить две составляющие: определение стратегии внедрения АИС и детальный анализ деятельности организации.

Основная задача первого этапа обследования оценка реального объема проекта, его целей и задач на основе выявленных функций и информационных элементов автоматизируемого объекта высокого уровня. Эти задачи могут быть реализованы или заказчиком АИС самостоятельно, или с привлечением консалтинговых организаций. По завершении стадии обследования появляется возможность определить вероятные технические подходы к созданию системы и оценить затраты на ее.

Результатом этапа определения стратегии является документ (технико-экономическое обоснование - ТЭО - проекта), где четко сформулировано, что получит заказчик, если согласится финансировать проект, когда он получит готовый продукт (график выполнения работ) и сколько это будет стоить (для крупных проектов - это график финансирования на разных этапах работ). В документе желательно отразить не только затраты, но и выгоду проекта, например время окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

Примерное содержание ТЭО:

-совокупность условий;

-сроки завершения отдельных этапов;

-описание выполняемых системой функций

-возможности развития и модернизации системы;

-интерфейсы и распределение функций между человеком и системой

-требования к ПО и системам управления базами данных (СУБд).

На этапе детального анализа деятельности организации изучаются деятельность, обеспечивающая реализацию функций управления, организационная структура, штаты и содержание работ по управлению предприятием, а также характер подчиненности вышестоящим органам управления.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

-функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в автоматизируемой организации

-сущности - информация о классах объектов, имеющих значение для организации и о которых собираются данные.

При изучении каждой функциональной задачи управления определяются:

-наименование задачи;

-степень формализуемости задачи;

-источники информации;

-показатели и их количественные характеристики;

-порядок корректировки информации;

-действующие средства сбора

-действующие средства связи;

-принятая точность решения задачи;

Одной из наиболее трудоемких, хотя и хорошо формализуемых, задач этого этапа является описание документооборота организации. При обследовании документооборота составляется схема маршрута движения документов, которая должна отразить:

-количество документов;

-место формирования показателей документов;

-взаимосвязь документов при их формировании;

-маршрут и длительность движения документа;

-место использования и хранения данного документа;

-внутренние и внешние информационные связи;

-объем документа в знаках.

По результатам обследования устанавливают перечень задач управления, подлежащих автоматизации, и очередность их разработки..

.2 Кластерные технологии

Часто выделяют три технологии обеспечения параллельной работы: симметричные многопроцессорные системы (SMP - symmetrical multiprocessing), кластерные конфигурации и распределенные вычислительные системы (Grid). SMP требует поддержки как со стороны аппаратуры, так и со стороны операционной системы, а кластеры и Grid-среды больше зависят от организации сетевого взаимодействия.

С точки зрения ядра операционной системы поддержка кластеров и распределенных систем заключается в эффективной работе с сетью. С некоторым упрощением любую современную высокопроизводительную вычислительную систему можно представить как множество многопроцессорных вычислительных узлов, связанных одной или несколькими коммуникационными сетями. Важная общая характеристика таких систем - логическая организация оперативной памяти, с которой работают вычислительные узлы. Оперативная память может быть: разделяемой для всех узлов; распределенной - доступной только для процессоров своего узла; распределенной разделяемой - доступной для процессоров своего узла и из других узлов, но с применением специальных программно-аппаратных средств.

Важные преимущества кластеров - доступность технологий сборки и возможность экономически эффективного получения достаточно высокой производительности. Сегодня наивысший уровень производительности суперкомпьютеров измеряется десятками терафлоп, достигаемых на многопроцессорных векторно-конвейерных системах (NEC Earth Simulator System на базе SX-6 и Cray XI), массово-параллельных системах, в том числе, и системах кластерного типа от HP, IBM, Intel и Cray. Кластерные системы с числом процессоров в несколько тысяч и производительностью около 1 TFLOPS можно со всем основанием считать суперкомпьютером. Кластерные системы с производительностью от нескольких десятков до нескольких сотен GFLOPS называют просто высокопроизводительными системами. Именно этот класс машин широко используется в современных высокотехнологичных отраслях промышленности, а также в социально-экономической сфере и представляет наибольший практический интерес.

Другая реализация - типовая кластерная система ОАО НИЦЭВТ (серия ЕС 1720), структура 12-процессорного варианта которой представлена на рис. 2.

Рис. 2. Типовая кластерная система

Это система среднего класса производительности, которая является типовой для промышленных применений и ориентирована на серийный выпуск. Ее вычислительные узлы - стандартные серверные платы с процессорами Pentium 4 Хеоn (рассматриваются варианты использования AMD Opteron и Itanium 2), оперативной памятью до 2 Гбайт, локальными дисками и сетевыми платами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и основной коммуникационной сетью для передачи данных SCI (Scalable Coherent Interface, стандарт IEEE 1596). Применяются аппаратные сетевые средства компании Dolphin и системное программное обеспечение от Scali. На опытном производстве НИЦЭВТ освоен выпуск отечественных адаптеров SCI, проведены работы по импортозамещению системных программных средств.

Топологию коммуникационной сети SCI могут образовывать двухмерный тор, трехмерный тор, либо коммутируемые через центральный коммутатор SCI-кольца вычислительных узлов. Топология «трехмерный тор» позволяет строить системы с количеством узлов более 64. Топология соединяемых через коммутатор SCI-колец позволяет добиться повышенной производительности обменов типа «все-всем», что важно, например, для решения задач имитационного моделирования.

Коммуникационная сеть SCI позволяет передавать данные со скоростью до 300 Мбайт/с на уровне пользовательской программы при использовании Pentium 4 Хеоn/2,4 ГГц и до 390 Мбайт/с для Itanium 2. Уникальной характеристикой SCI являются малые значения задержек передачи сообщений, например, задержка передачи сообщения нулевой длины занимает всего 3,5 мкс.

Из других решений такими свойствами обладает лишь значительно более дорогая сеть Quadrics, используемая в некоторых высших моделях кластерных ВМВС американской программы стратегической компьютерной инициативы ASCI.

Рис. 3. Типовые характеристики производительности на один процессор

На рис. 3 приведены экспериментально полученные на кластере ТКС-35 оценки реальной производительности одного процессора в зависимости от числа процессоров, применяемых при параллельном счете. Результаты получены на задаче LU (класса сложности А) пакета NASA NPB 2.3. Это задача решения уравнения Навье-Стокса; для используемого метода решения характерно наличие большого количества передач коротких сообщений. Приводятся данные для сетей SCI и Gigabit Ethernet при условии использования одних и тех же вычислительных узлов с двумя процессорами Pentium 4 Хеоп/2,4 ГГц и 400-мегагерцевой системной шиной. Характеристики с индексом Н соответствуют режиму использования при решении одного процессора вычислительного узла, а с индексом F - двух процессоров.

Различие реальной производительности для режимов Н и F объясняется межпроцессорными помехами внутри платы вычислительного узла при доступе к общей памяти. Это досадное явление присуще Pentium 4 Хеоn, который сегодня является стандартом де-факто для кластерных ВМВС в варианте двухпроцессорных серверных плат.

Практическое применение отечественных кластерных ВМВС связано с выполнением на них популярных наукоемких задач, например, инженерных расчетов.

Деятельность по созданию перспективных отечественных ВМВС с повышенной эффективностью на широком классе задач была начата в 2002 году.

Исследования ведутся по следующим направлениям:

-выделение типовых проблем;

-разработка принципов организации мультитредовых процессоров с разной организацией;

-разработка принципов организации коммуникационных сред с высокой пропускной способностью и малой задержкой передачи сообщений для мультитредовых вычислительных систем;

-разработка принципов организации мультитредовых систем с распределенной разделяемой памятью и динамической балансировкой загрузки процессоров;

-разработка принципов организации компиляторов языков программирования для мулътитредовых процессоров и систем, обеспечивающих статическое и динамическое автоматическое распараллеливание;

-разработка принципов организации исполняемых мультитредовых программ;

-разработка принципов построения систем предобработки больших объемов сигнальной информации в реальном времени.

Сетевая схема кластера

Сетевая организация Кластера представляет собой несколько сетей. Типичный набор сетей и их основные свойства представлены в таблице.

Описание и свойства сетей Кластера

НазваниеХарактеристикиНазначениеПолитика присваивания адресовСеть передачи данныхInfiniBand, DDR/QDRБыстрая передача данных между рабочими процессами расчетных задач. Подключение к СЧД. Обеспечение работы протокола MPI.Динамически посредством Subnet ManagerСистемная сетьEthernet, 10Gb/1GbУправление кластером. Сбор данных мониторинга работающих Узлов. Подключение Узлов к серверам СХД посредством протокола NFS. Работа протоколов: DHCP, DDNS, SSH, LDAP и другихДинамически посредством DHCP и DDNS серверовСервисная сетьEthernet, 1Gb/100MbitПодключение к сервисным портам Узлов кластера. Доступ к BMC. Обеспечение функций KVM-over-IP. Подключение к сервисным портам коммутаторов и ИБП.Статически на всех сервисных портахСистема хранения данныхFibreChannel, 4Gb/8GbПодключение сервера(ов) хранения данных к дисковому массиву.Осуществляется по WWN-адресам FibreChannel оборудования.

Терминология

Кластер - программно-аппаратный комплекс с массивно параллельной архитектурой предназначенный для решения всевозможных вычислительных задач математической физики, геологии, химии и множества других.

Узел - стандартная вычислительный единица Кластера, обычно представляющая собой сервер размером 1U или блок т.н. blade-серверов.

Управляющий узел (УУ) - один или несколько выделенных серверов в составе Кластера. УУ обеспечивает целостною работу кластера при помощи ряда функционирующих на нем Сервисов.

СХД - система хранения данных.Фабрика - единый комплекс оборудования InfiniBand.Management Controller (BMC) - сервисный процессор в составе Узла позволяющий осуществлять мониторинг по протоколам HTTP, IPMI 2.0, SNMP и прочим. Также BMC предоставляет функции KVMoIP и VirtualMedia.

Сервис - отдельная служба выполняющая конкретную задачу Кластера. Как правило, за работу сервиса отвечает один или несколько системных служб (демонов).

2.Специальная часть

.1 Методы расчета надежности на разных этапах проектирования ИС

Структурные методы расчета надежности

Структурные методы являются основными методами расчета показателей надежности в процессе проектирования объектов, поддающихся разукрупнению на элементы, характеристики надежности, которых в момент проведения расчетов известны или могут быть определены другими методами.

Расчет показателей надежности структурными методами в общем случае включает:

-представление объекта в виде структурной схемы;

-описание построенной структурной схемы надежности объекта адекватной математической моделью.

-схемы функциональной целостности <#"justify">Логико-вероятностный метод

В логико-вероятностных методах (ЛВМ) исходная постановка задачи и построение модели функционирования исследуемого системного объекта или процесса осуществляется структурными и аналитическими средствами математической логики <#"justify">-этап структурно-логической постановки задачи;

-этап логического моделирования;

-этап вероятностного моделирования;

-этап выполнения расчетов показателей надежности.

Примеры расчета надежности систем простой структуры

Последовательная система

В системе с последовательной структурой отказ любого компонента приводит к отказу системы в целом.

Система логических уравнений для приведенной выше последовательной системы:

Пример последовательной системы


Логическая функция работоспособности (решение системы логических уравнений):


Вероятность безотказной работы:


В общем случае вероятность безотказной работы системы равна:


<#"justify">Параллельная система

Пример параллельной системы

В системе с параллельной структурой отказ системы в целом происходит только при отказе всех элементов.

Система логических уравнений для приведенной последовательной системы:


Логическая функция работоспособности (решение системы логических уравнений):

Вероятность безотказной работы


В общем случае вероятность безотказной работы системы равна:


Система типа k из n

Вероятность того, что в системе, состоящей из одинаковых (равнонадежных) элементов, безотказно работают ровно элементов, может быть вычислена по формуле:

, где

- вероятность безотказной работы элемента системы;

- биномиальный коэффициент <#"9" src="doc_zip19.jpg" />по .

Вероятность того, что в системе, состоящей из одинаковых (равнонадежных) элементов, безотказно работают не менее элементов, может быть вычислена по формуле:


Вероятность того, что в системе, состоящей из одинаковых (равнонадежных) элементов, безотказно работают не менее элементов, может быть выражена через вероятности безотказной работы аналогичной системы меньшей размерности:


Расчёт надёжности - это процедура определения значений показателей надежности <#"justify">-обоснование количественных требований к надежности объекта или его составным частям;

-сравнительный анализ надежности вариантов схемно-конструктивного построения объекта и обоснование выбора рационального варианта, в том числе по стоимостному критерию;

-определение достигнутого (ожидаемого) уровня надежности объекта и/или его составных частей;

-обоснование и проверку эффективности предлагаемых (реализованных) мер по доработкам конструкции, технологии изготовления, системы технического обслуживания и ремонта объекта, направленных на повышение его надежности;

-решение различных оптимизационных задач <#"justify">2.1.1 Предварительный расчет надежности

Надежность на этапе проектирования является новой дисциплиной и относится к процессу разработки надежных изделий. Этот процесс включает в себя несколько инструментов и практических рекомендаций и описывает порядок их применения, которыми должна владеть организация для обеспечения высокой надежности и ремонтопригодности разрабатываемого продукта с целью достижения высоких показателей готовности, снижения затрат и максимального срока службы продукта.

Как правило, первым шагом в этом направлении является нормирование показателей надежности. Надежность должна быть «спроектирована» в системе. При проектировании системы назначаются требования к надежности верхнего уровня, затем они разделяются на определенные подсистемы разработчиками, конструкторами и инженерами по надежности, работающими вместе. Проектирование надежности начинается с разработки модели. При этом используют структурные схемы надежности или деревья неисправностей, при помощи которых представляется взаимоотношение между различными частями (компонентами) системы.

Одной из наиболее важных технологий проектирования является введение избыточности или резервирование. Путем введения избыточности совместно с хорошо организованным мониторингом отказов, даже системы с низкой надежностью по одному каналу могут в целом обладать высоким уровнем надежности. Однако введение избыточности на высоком уровне в сложной системе (например, на уровне двигателя самолета) очень сложно и дорого, что ограничивает такое резервирование. На более низком уровне системы резервирование реализуется быстро и просто, например, использование дополнительного соединения болтом.

Существует много методик анализа надежности, специфических для отдельных отраслей промышленности и приложений. Наиболее общие из них следующие:

-анализ видов и последствий отказов <#"justify">Инженерные исследования проводятся для определения оптимального баланса между надежностью и другими требованиями и ограничениями. Существенную помощь при инженерном анализе надежности могут оказать программные комплексы для расчета надежности.

Моделирование надежности - это процесс прогнозирования или исследования надежности компонент или системы до ее ввода в эксплуатацию. Наиболее часто для моделирования надежности систем используются методы анализа деревьев неисправностей и структурных схем надежности. Входные параметры для моделирования надежности систем могут быть получены из разных источников, то есть из справочников, отчетов об испытаниях и эксплуатации и т.п. В любом случае, данные должны быть использованы с большой осторожностью, так как прогнозы верны только тогда, когда данные получены при тех же условиях, при которых компоненты будут применяться в системе.

Часть данных о прогнозировании может быть получена по результатам исследований двух основных видов:

-анализа физики отказов, при котором исследуются механизмы возникновения отказов, например, механизм усталостного разрушения или деградации от химической коррозии;

-анализа результатов стресс-испытаний, эмпирического метода, при котором подсчитывается число компонентов системы, отказавших при разных уровнях внешнего воздействия.

Для систем, в которых точно можно определить время отказа (что не дано для систем с плавающими параметрами), может быть определена эмпирическая функция распределения <#"justify">-определение распределения отказов ранней стадии эксплуатации при наблюдении снижающейся интенсивности отказов, что является первой частью волнообразной кривой интенсивности отказов. Здесь обычно используют умеренный уровень нагрузок. Они прикладываются на ограниченном отрезке времени, который называют временем цензурирования. Именно поэтому здесь определяется только часть функции распределения.

-безотказовые наблюдения (нулевые эксперименты), которые дают возможность получить лишь ограниченную информацию о распределении отказов. В этом случае испытания проводятся на коротком отрезке времени на малой по объему выборке, что позволяет получить только верхнюю границу оценки интенсивности отказов. Во всяком случае, это удобно для заказчика.

Для исследования средней части распределения, которая чаще всего определяется свойствами материалов, необходимо применять повышенные нагрузки на достаточно малом отрезке времени. В таких видах ускоренных испытаний применяются несколько степеней нагрузки. Часто эмпирическое распределение этих отказов параметризируется законом Вейбулла <#"justify">2.1.2. Расчет надежности с учетом коэффициентов

Проводится он обычно на этапе создания аванпроекта при необходимости сравнительного анализа нескольких вариантов структуры проектируемого электронного объекта. При этом может быть несколько вариантов. При известной интенсивности отказов объекта в лабораторных условиях может быть пересчитана через поправочный коэффициент КЭ, учитывающий условия эксплуатации


На графике рис. 4 приведена в логарифмическом масштабе зависимость упомянутого коэффициента КЭ от категории аппаратуры, т.е. от условий применения (эксплуатации).

Аббревиатуры на графике обозначают:


ЛУ - лабораторные условия, другие большие буквы - условное обозначение категорий аппаратуры:

Н - наземная;

К - корабельная;

А - автомобильная;

Ж - железнодорожная;

В - высокогорная;

С - самолетная.

Для дальнейшего упрощения оценки показателей надежности расчеты можно вести, учитывая только активную элементную базу (транзисторы, тиристоры, микросхемы и т.п.) и известные с источников технической информации соотношение активных и пассивных элементов для определенных классов аппаратуры, но эти соотношения очень быстро устаревают. Примеры таких расчетов приведены.

Если же не все элементы системы работают одновременно и имеют существенные отличия по времени функционирования (), то это должно обязательно учитываться

(2.9)

где ,…- количество элементов в группах


Резервирование - метод повышения характеристик надёжности <#"justify">-Кратность резервирования - отношение числа резервных элементов к числу основных элементов устройства. Кратность резервирования принято обозначать m. Например, если m=3, то это означает что: основное устройство - одно, число резервированных устройств - три, а общее число устройств равно (три плюс один) четырём. Однократное резервирование называется дублированием.

-По состоянию резервных элементов до момента включения их в работу различают:

-нагруженный (горячий) резерв - резервные элементы нагружены так же, как и основные;

-облегчённый (ждущий) резерв - резервные элементы нагружены меньше, чем основные;

-ненагруженный (холодный) резерв - резервные элементы практически не несут нагрузки.

Использование облегчённого или ненагруженного резерва даёт возможность снизить расход энергии, потребляемой резервируемой системой и увеличить надежность аппаратуры (Tср р ненагр > Tср р обл > Tср р нагр), так как надёжность резервных устройств выше, чем основных. Однако следует учитывать, что перерыв на переключение с основного устройства на резервное допустим не во всех схемах.

-В зависимости от масштаба и принятой единицы резервирования различают:

-общий резерв, при котором резерв предусматривается на случай отказа объекта в целом, и

-раздельный (поэлементный) резерв, при котором резервируются отдельные части объекта (блоки, узлы, элементы).

-Возможно также сочетание общего и раздельного резервирования - так называемое смешанное резервирование.

Целесообразность применения резервирования определяется следующими факторами:

-исходным уровнем надёжности комплектующих изделий;

-заданным временем эксплуатации;

-наличием эффективной системы контроля и периодичностью проведения профилактики;

-возможностями использования менее избыточных методов повышения надёжности.

Анализ резервированных систем показывает, что интенсивность отказов резервированной системы быстро возрастает с течением времени, хотя интенсивность отказов нерезервированной системы от времени не зависит, из чего следует что наступает такой момент времени, после которого использование резервированной системы себя не оправдывает. Поэтому, если не учитывать особенности профилактики систем, то резервирование выгодно применять для систем кратковременного использования, а для критически важных систем и систем длительного использования использовать другие методы повышения надёжности. Методы резервирования, эффективные для цифровых систем непрерывного типа, могут оказаться малопригодными для систем с устройствами аналогового типа, для которых вследствие отсутствия взаимного влияния основного и резервного канала предпочтительна схема резервирования замещением. Таким образом, существующее разнообразие систем обуславливает затруднения построения общих конструктивных подходов и единых требованй по надёжности.

Эффективность резервирования принято оценивать при помощи коэффициента повышения надёжности γ, который определяют по показателям безотказности из соотношений:

γp = P(t)р / P(t)

γQ = Q(t) / Q(t)р

где P(t)р, Q(t)р, - вероятность безотказной работы и вероятность отказа для резервируемой системы,(t) и Q(t) - вероятность безотказной работы и вероятность отказа для нерезервируемой системы.

Общее резервирование системы

При общем резервировании резервируется вся система в целом. Общее резервирование, в зависимости от способа включения резервных устройств можно разделить на постоянное резервирование и резервирование замещением, при котором резервные изделия замещают основные только после отказа. При общем постоянном резервировании резервные устройства подключены к основному в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме работы.

Постоянное резервирование

-к преимуществам постоянного общего резервирования относятся:

-относительная простота построения схем;

-отсутствие даже кратковременного перерыва в работе при отказе от одного до m-1 элементов системы;

-отсутствие дополнительных подключаемых элементов.

Очевидные недостатки нагруженного резерва, кроме увеличения габаритов и массы системы, - повышенный расход энергии, а также то, что резервные элементы «стареют» одновременно с основными элементами системы. В случае общего резервирования системы, требуется полный состав записанных элементов. При общем постоянном резервировании может использоваться только нагруженный резерв.

Характеристики для случая резервированной системы при общем постоянном резервировании

Вероятность безотказной работы резервированной системы при общем постоянном резервировании с целой кратностью рассчитывается по формуле:

,

где P(t)р - вероятность безотказной работы резервированной системы(t) = e-λtр - вероятность безотказной работы

нерезервированной системы при экспоненциальном законе распределения надёжности,- кратность резервирования.


где Tср р - средняя наработка на отказ резервированной системы,ср - средняя наработка на отказ нерезервированной системы.

Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем:

,

.

Таким образом, при дублировании (одно основное устройство резервируется одним резервным устройством), средняя наработка на отказ увеличивается в 1,5 раза.

Резервирование замещением

При резервировании замещением резервное устройство включается в работу системы при помощи автоматических устройств либо человеком-оператором вручную. При автоматическом включении требуется чрезвычайно высокая надёжность переключающих элементов. При большом количестве и невысокой надёжности этих дополнительных элементов, входящих в резервированную систему, её надёжность может понизиться по сравнению с надёжностью нерезервируемой системы. Кроме того, существует кратковременный перерыв, на время переключения на резервные устройства. При ручной замене отказавших элементов возрастает время переключения, но надежность человека-оператора, производящего переключение, может быть принята в расчётах за единицу.

При использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы находятся в том же режиме работы, что и основные элементы и если при этом основной и резервный элемент идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надёжность основного и резервного устройств одинакова, и поэтому, если не учитывать надёжность автоматических переключающих устройств, характеристики надёжности рассчитываются по тем же формулам, что и для общего постоянного резервирования.

При использовании ненагруженного резерва, запасные резервные элементы до момента их включения в работу системы полностью отключены. В этом случае резервные устройства имеют самую высокую надёжность по сравнению с основными элементами.

Характеристики для случая общего резервирования замещением с использованием ненагруженного резерва.

,

где P(t)р - вероятность безотказной работы резервированной системы(t) - вероятность безотказной работы нерезервированной системы,- кратность резервирования.

где P(t)р и P(t)р - средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем,ср р и Tср - средняя наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем,- кратность резервирования.

Для наиболее простого случая, когда m = 1, получаем:

,

.

Таким образом, при использовании ненагруженного резерва средняя наработка на отказ увеличивается минимум в два раза.

Раздельное резервирование

При раздельном способе резервирования, вводится индивидуальный резерв для каждой части не избыточной системы. Раздельное резервирование бывает общим и замещением. При раздельном замещении отказ системы может произойти только тогда, когда отказ дважды подряд произойдёт в одном и том же устройстве (m=1), что маловероятно. Для оценки надёжности при раздельном резервировании используется сложный, специфический математический аппарат. В целом, математический анализ показывает, что наиболее высокие показатели надёжности можно получить в случае построения систем с использованием раздельного резервирования замещением ненагруженным резервом.

3.Экспериментальная часть

.1 Надежность ПО

Для достижения необходимой надежности могут быть использованы различные методы и средства. Каждая система предполагает свой уровень допустимой надежности, так как последствия отказов различных систем могут значительно различаться. Так, надежность точилки для карандашей может превышать надежность пассажирского самолета, однако последствия и стоимость их отказов сложно сравнить.

Программа обеспечения надежности (ПОН) является документом, который определяет организационно-технические требования и мероприятия (задачи, методы, средства анализа и испытаний), направленные на обеспечение заданных требований к надежности, а также уточняет требования заказчика по определению и контролю надежности. Определение надежности (reliability assessment) заключается в определении численных значений показателей надежности изделия. Контроль надежности (reliability verification) состоит в проверке соответствия изделия заданным требованиям по надежности [ГОСТ 27.002-89]. Различают расчетный, расчетно-экспериментальный и экспериментальный методы определения и контроля надежности.

Расчетно-экспериментальный метод определения надежности (Analytical-experimental reliability assessment) основан на процедуре определения показателей надежности элементов экспериментальным методом, а показателей надежности системы в целом - с использованием математической модели. Экспериментальный метод определения надежности (Experimental reliability assessment) основан на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации системы или ее составных частей и элементов.

ПОН разрабатывается на ранних стадиях проектирования и реализуется на всех этапах жизненного цикла изделия. В техническом плане основным объектом ПОН является оценивание и достижение готовности и стоимости эксплуатации (затраты на запасные части, техническое обслуживание и ремонт, транспортные услуги и т.п.). Зачастую требуется нахождение компромисса между высокой готовностью и затратами, или, например, поиск максимального отношения «готовность/стоимость». В ПОН рассматриваются порядок и условия проведения испытаний на надежность, критерии их завершения и принятия решений по результатам испытаний.

.2 Испытание на надежность

Испытания на надёжность проводятся для того, чтобы на более ранних этапах жизненного цикла изделия обнаружить потенциальные проблемы, обеспечить уверенность, что система будет отвечать заданным требованиям.

Испытания на надежность могут проводиться на разных уровнях. Сложные системы могут испытываться на уровне компонент, устройств, подсистем и всей системы в целом. Например, испытания компонент на воздействие внешних факторов может выявить проблемы перед тем, как они будут обнаружены на более высоком уровне интеграции. Проведение испытаний на каждом уровне интеграции до испытания всей системы с одновременным развитием программы испытаний позволяет снизить риск неудачи такой программы. Расчет надежности производится на каждом уровне испытаний. При этом часто используются такие методы, как анализ роста надежности и системы отчета и анализа отказов, и корректирующих действий (FRACAS). Недостатками таких испытаний являются время и затраты. Заказчики могут пойти на некоторый риск и отказаться от испытаний на более низких уровнях.

Некоторые системы принципиально не могут подвергаться испытаниям, например, из-за чрезмерно большого числа различных тестов или жестких ограничений по времени и затратам. В таких случаях могут быть использованы ускоренные испытания, методы планирования экспериментов и моделирование.

За последние двадцать лет в статистике ускоренных испытаний разработаны специальные модели ускорения жизни (Nelson (1990), Meeker and Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), которые хорошо адаптированы для статистического анализа данных об отказах, наблюдаемых как при меняющихся во времени стрессах (нагрузках, ковариантах), так и при наличии деградационных процессов, которые также могут зависеть от этих стрессов.

Заключение

Говоря о расчете надежности, хочется так же добавить немного информации об отказоустойчивости где надежность может быть увеличена при использовании резервирования «2 из 2» на уровне компонент или системы, но это может привести к снижению безопасности за счет увеличения вероятности ложной тревоги. Отказоустойчивые мажоритарные системы может увеличить как надежность, так и безопасность на системном уровне. Такие методы являются общей практикой в аэрокосмических системах, в которых требуется постоянная готовность и недопустимость опасных отказов.

Следуя по всем поставленным задачам курсовой работы можно считать выполненными.

Из курсовой работы мы выяснили:

-для чего нужна Надежность АИС, как рассчитывается и где применяется.

-упроектировали и Модернизировали Автоматизированную информационную систему.

-Узнали какие существуют Кластерные технологии, их виды и в каких системах применяются.

Некоторые высшие учебные заведения подготавливают инженеров по надежности. Другой формой подготовки специалистов в области надежности могут быть аккредитованные при высших учебных заведениях или колледжах учебные программы или курсы. Проводятся многочисленные профессиональные конференции, реализуются отраслевые программы подготовки кадров по вопросам надежности. К международным организациям инженеров и ученых в области надежности относятся IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) и Society of Reliability Engineers (SRE).

Техник по информационным системам должен обладать профессиональными компетенциями, соответствующими основным видам профессиональной деятельности:

ПК 1. Эксплуатация и модификация информационных систем (сбор данных для анализа использования и функционирования информационной системы, участие в составление отчетной документации, взаимодействие со специалистами смежного профиля, участие в экспериментальном тестировании информационных систем на этапе опытной эксплуатации).

ПК 2. Участие в разработке информационных систем (участие в разработке технического задания, программирование в соответствии с его требованиями, оформление программной документации в соответствии с принятыми стандартами, использование критериев оценки качества и надежности функционирования информационной системы).

ПК 3. Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих.

Список литературы

1.Майоров С.А.Электронные вычислительные машины (справочник по конструированию).1975

.Основы проектирования сборочных единиц ЭВМ: Учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений М. Машиностроение 1980

.Современные методы и средства проектирования информационных систем Лекция по Автоматизированным информационным системам

4.<#"justify">Приложение А

(обязательное)

Состав комплекса CASE-средств

-CASE-средство Silverrun;

-средство разработки приложений JAM;

-мост Silverrun-RDM <-> JAM;

-комплекс средств тестирования QA;

-менеджер транзакций Tuxedo;

-комплекс средств планирования и управления проектом SE Companion;

-комплекс средств конфигурационного управления PVCS;

-объектно-ориентированное CASE-средство Rational Rose;

-средство документирования SoDA.

Примерами других подобных комплексов являются:

-Vantage Team Builder for Uniface + Uniface (фирмы "DataX/Florin" и "ЛАНИТ");

-комплекс средств, поставляемых и используемых фирмой "ФОРС":

-CASE-средства Designer/2000 (основное), ERwin, Bpwin и Oowin (альтернативные);

-средства разработки приложений Developer/2000, ORACLE Power Objects (основные) и Usoft Developer (альтернативное);

-средство настройки и оптимизации ExplainSQL (Platinum);

-средства администрирования и сопровождения SQLWatch, DBVision, SQL Spy, TSReorg и др. (Platinum);

-средство документирования ORACLE Book.

-комплекс средств на основе продуктов фирмы CENTURA:

-CASE-средства ERwin, Bpwin и Oowin (объектно-ориентированный анализ);

-средства разработки приложений SQLWindows и TeamWindows;

-средство тестирования и оптимизации приложений "клиент-сервер" SQLBench (ARC);

-средства эксплуатации и сопровождения Quest и Crystal Reports.

Похожие работы

 

Не нашел материала для курсовой или диплома?
Пишем качественные работы
Без плагиата!