ВВЕДЕНИЕ. Учебное пособие по дисциплине

ФГБОУ ВПО СГАУ

НАДЕЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Учебное пособие по дисциплине

Для студентов всех форм обучения

Информационные системы и технологии

Ставрополь

ОГЛАВЛЕНИЕ

НАДЕЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ... Ошибка! Закладка не определена.

ОГЛАВЛЕНИЕ.. 4

ВВЕДЕНИЕ.. 6

Глава 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ.. 8

1.1 Основные понятия. 8

1.2. Классификация и характеристики отказов. 10

1.3. Составляющие надежности. 12

1.4. Основные показатели надежности. 13

Контрольные вопросы: 14

Глава 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОТКАЗНОСТИ.. 15

2.1. Общие понятия. 15

2.2. Основные сведения о математических моделях расчета в теории вероятностей. 16

2.2. 1. Основные понятия теории множеств. 16

2.2. 2. Аксиомы теории вероятностей. 18

2.2. 3. Основные правила теории вероятностей. 18

2.2.4. Следствия основных теорем.. 19

Контрольные вопросы и задачи: 21

Глава 3. ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОТКАЗНОСТИ.. 22

3.1. Вероятность безотказной работы (ВБР) 22

3.2. Плотность распределения отказов (ПРО) 25

3.3. Интенсивность отказов (ИО) 27

Контрольные вопросы и задачи: 28

Глава 4. УРАВНЕНИЕ СВЯЗИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ.. 29

4.1. Уравнение связи показателей надежности. 29

4.2. Числовые характеристики безотказности невосстанавливаемых объектов. 30

Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ.. 34

5.1. Общие понятия о моделях надежности. 34

5.2. Статистическая обработка результатов испытаний и определение показателей надежности 36

5.2.1. Постановка задачи. 36

5.2.2. Алгоритм обработки результатов и расчета показателей надежности. 36

Контрольные вопросы: 44

Глава 6. НОРМАЛЬНЫЙ ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАРАБОТКИ ДО ОТКАЗА.. 45

6.1. Классическое нормальное распределение. 45

6.2. Усеченное нормальное распределение. 50

Контрольные вопросы и задачи: 53

Глава 7.ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАРАБОТКИ ДО ОТКАЗА: ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ, ЛОГНОРМАЛЬНЫЙ И ГАММА-РАСПРЕДЕЛЕНИЕ.. 54

7.1. Экспоненциальное распределение. 54

7.2. Логарифмически нормальное (логнормальное) распределение. 56

7.3. Гамма–распределение. 58

Контрольные вопросы и задачи: 59

Глава 8.НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.. 60

8.1. Основы расчета надежности систем. Общие понятия. 60

8.2. Системы с резервированием. Общие понятия. 63

Контрольные вопросы: 66

Глава 9. НАДЕЖНОСТЬ ОСНОВНОЙ СИСТЕМЫ... 67

Контрольные вопросы и задачи: 71

Глава 10.НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ С НАГРУЖЕННЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ... 72

Контрольные вопросы: 78

Глава 11.НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ С НЕНАГРУЖЕННЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ... 78

Контрольные вопросы: 85

Глава 12. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ С ОБЛЕГЧЕННЫМ И СО СКОЛЬЗЯЩИМ РЕЗЕРВОМ 86

1. Надежность систем с облегченным резервом.. 86

12.2. Скользящее резервирование. 90

Контрольные вопросы: 94

Глава 13. НАДЕЖНОСТЬ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ... 94

13.1. Постановка задачи. Общая расчетная модель. 94

13.2. Показатели надежности восстанавливаемых систем.. 98

13.3. Связь логической схемы надежности с графом состояний. 105

Контрольные вопросы: 106

Глава 14. НАДЕЖНОСТЬ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОСТЕПЕННЫХ ОТКАЗАХ. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ.. 107

14.2. Анализ случайных процессов изменения ОП объектов. 110

14.3. Модели процессов приближения объекта к отказам.. 113

14.3.1. Основные классы моделей. 113

14. 3.2. Основные типы моделей. 115

Контрольные вопросы: 120

Глава 15.НАДЕЖНОСТЬ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОСТЕПЕННЫХ ОТКАЗАХ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ СОХРАНЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ.. 120

15.1. Состав рассчитываемых показателей. 120

15.1.1. Вероятность нахождения в работоспособном состоянии. 121

15. 1.2. Плотность распределения наработки до отказа. 122

15.2. Общие модели расчета плотности распределения наработки до отказа. 123

15.2.1. Случайный процесс Х(t) отличен от линейного. 123

15.3. Определение времени сохранения работоспособности. 124

15.3.1. Веерные модели изменения ОП.. 125

15.3.2. Равномерная модель изменения ОП.. 127

15.4. Частные вопросы оценки параметрической надежности объектов. 128

15.4.1. Оценка надежности объектов при разрегулировании. 128

Контрольные вопросы: 132

Глава16. НАДЁЖНОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ. 132

16.1Сравнительные характеристики программных и аппаратурных отказов. 133

16.2 Проверка и испытания программ.. 135

16.3 Основные проблемы исследования надёжности программного обеспечения. 136

16.4 Критерии оценки надёжности программных изделий. 137

16.5 Критерии надёжности сложных комплексов программ. 142

16.6 Математические модели надёжности комплексов программ. 143

16.7 Проверка математических моделей. 148

ЛИТЕРАТУРА.. 150

ВВЕДЕНИЕ

Наука о надёжности - молодая наука. Её формирование относится к середине текущего столетия. Но это не означает, что люди не интересовались и не занимались вопросами надёжности создаваемой ими техники до тех пор, пока не возникла наука о надёжности. С первых шагов развития техники стояла задача сделать техническое устройство таким, чтобы оно работало надёжно. Середина текущего столетия ознаменовалась новым качественным скачком в развитии техники - широким распространением больших и малых автоматизированных систем управления (АСУ) различного назначения. Создание и использование такой техники без специальных мер по обеспечению её надёжности не имеет смысла. Опасность заключается не только в том, что новая сложная техника не будет работать (будут возникать простои), но главным образом в том, что отказ в её работе, в том числе и неправильная работа, может привести к катастрофическим последствиям.

Очевидно, что новая автоматизированная техника, выполняющая ответственные функции, имеет право на существование только тогда, когда она надёжна.

С развитием и усложнением техники усложнялась и развивалась проблема её надёжности. Для решения её потребовалась разработка научных основ нового научного напрвления - наука о надёжности. Предмет её исследований - изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым отказы подчиняются, разработка способов количественного измерения надёжности, методов расчёта и испытаний, разработка путей и средств повышения надёжности.

Наука о надёжности развивается в тесном взаимодействии с другими науками.

Математическая логика позволяет на языке математики представить сложные логические зависимости между состояниями системы и её комплектующих частей.

Теория вероятностей, математическая статистика и теория вероятностных процессов дают возможность учитывать случайный характер возникающих в системе событий и процессов, формировать математические основы теории надёжности.

Теория графов, исследования операций, теория информации, техническая диагностика, теория моделирования, основы проектирования систем и технологических процессов - такие научные дисциплины, без которых невозможно было бы развитие науки о надёжности. Они позволяют обоснованно решать задачи надёжности.

Основные направления развития теории надёжности следующие.

Развитие математических основ теории надёжности. Обобщение статистических материалов об отказах и разработка рекомендаций по повышению надёжности объектов вызвали необходимость определять математические закономерности, которым подчиняются отказы, а также разрабатывать методы количественного измерения надёжности и инженерные расчёты её показателей. В результате сформировалась математическая теория надёжности.

Развитие методов сбора и обработки статистических данных о надёжности. Обработка статистических материалов в области надёжности потребовала развития существующих методов и привела к накоплению большой статистической информации о надёжности. Возникли статистические характеристики надёжности и закономерности отказов. Работы в этом направлении послужили основой формирования статистической теории надёжности.

Развитие физической теории надёжности. Наука о надёжности не могла и не может развиваться без исследования физико - химических процессов. Поэтому большое внимание уделяется изучению физических причин отказов, влиянию старения и прочности материалов на надёжность, разнообразных внешних и внутренних воздействий на работоспособность объектов. Совокупность работ в области исследования физико - химических процессов, обуславливающих надёжность объектов, послужила основой физической теории надёжности.

В конкретных областях техники разрабатывались и продолжают разрабатываться прикладные вопросы надёжности, вопросы обеспечения данной конкретной техники (полупроводниковые приборы, судовые установки, транспортные машины, вычислительная техника, авиация и т.д.). При этом решается также вопрос о наиболее рациональном использовании общей теории надёжности в конкретной области техники и ведётся разработка новых приложений, методов и приёмов, отражающих специфику данного вида техники. Так возникли прикладные теории надёжности, в том числе прикладная теория надёжности информационных систем.