Базовые сведения о надежности информационных технологий управления

· степени использования различных видов резервирования (структурного, информационного, временного, алгоритмического, функционального);

· степени использования методов и средств технической диагностики; реальных условий функционирования АСУ.

Совокупность технических, программных и эргатических элементов АСУ (технических и программных средств и части персонала АСУ), выделяемая из всего состава АСУ по признаку участия в выполнении некоторой (-й) функции системы, образует -ю функциональную подсистему АСУ (ФП АСУ).[1]

Анализ надежности АСУ в реализации ее функций проводят по каждой ФП АСУ в отдельности с учетом уровня надежности и других свойств входящих в нее технических, программных и эргатических элементов.

Выбор состава показателей надежности АСУ производят на основе установленных техническим заданием перечня функций системы, перечня видов их отказов и перечня аварийных ситуаций, по которым регламентируют требования к надежности.

Требуемые численные значения выбранных показателей надежности АСУ (требования к надежности) устанавливаются по определенным критериям на основе анализа влияния отказов АСУ в выполнении ее функций и аварийных ситуаций на эффективность функционирования автоматизированного комплекса (АСУ и объект управления) в целом, а также затрат, связанных с обеспечением надежности.

Оценку надежности АСУ проводят на различных стадиях создания и эксплуатации АСУ.

При разработке АСУ проводят проектную (априорную) оценку надежности системы. При опытной и промышленной эксплуатации АСУ проводят экспериментальную (апостериорную) оценку надежности системы.

Оценку надежности АСУ производят с учетом надежности КТС АСУ и, при необходимости, с учетом надежности ПО АСУ и действий персонала АСУ. Необходимость учета надежности ПО АСУ и действий персонала АСУ при оценке надежности АСУ на разных стадиях создания и эксплуатации устанавливают техническим заданием на АСУ.

Показатели надежности АСУ

В качестве показателей надежностями АСУ используют показатели, характеризующие надежность реализации функций системы и опасность возникновения в системе аварийных ситуаций.

Описание надежности АСУ по функциям (по ФП АСУ) осуществляют:

· по отдельным составляющим надежности единичным показателям;

· по нескольким составляющим надежности совместно комплексным показателям надежности.

Для описания надежности АСУ по непрерывно - выполняемым функциям (Н-функции) и по дискретно - выполняемым функциям
(Д-функции) используют различные показатели.

Описание безотказности и ремонтопригодности АСУ по
Н-функциям осуществляют с помощью единичных или комплексных показателей надежности.

Основными единичными показателями безотказности являются:

· средняя наработка системы на отказ в выполнении -й функции (средняя наработка на отказ -й ФП АСУ) -;

· вероятность безотказного выполнения системой -й функции (вероятность безотказной работы -й ФП АСУ) в течение заданного времени .

Допускается использовать следующие показатели:

· среднюю наработку системы до отказа в выполнении -й функции (средняя наработка до отказа -й ФП АСУ) - ;

· параметр потока отказов системы в выполнении -й функции (параметр потока отказов -й ФП АСУ) - ;

· интенсивность отказов системы в выполнении -й функции (интенсивность отказов -й ФП АСУ) - .

Основным и единичными показателями ремонтопригодности являются:

· среднее время восстановления способности системы к выполнению -й функции после отказа (среднее время восстановления -й ФП АСУ) ;

· вероятность восстановления в течение заданного времени способности системы к выполнению -й функции после отказа (вероятность восстановления -й ФП АСУ за время ) - .

Комплексными показателями безотказности и ремонтопригодности являются:

· коэффициент готовности системы к выполнению -й функции (коэффициент готовности -й ФП АСУ) - ;

· коэффициент технического использования системы по -й функции (коэффициент технического использования -й ФП АСУ) – K TC i ;

· коэффициент сохранения эффективности системы по -й функции (коэффициент сохранения эффективности -й ФП АСУ) -.К ЭФ i.

Описание безотказности и ремонтопригодности АСУ по
Д-функции осуществляют с помощью комплексных показателей надежности.

Основным комплексным показателем безотказности и ремонтопригодности системы в отношении выполнения ею -й
Д-функции является вероятность успешного выполнения системой заданной процедуры при поступлении запроса (вероятность успешного выполнения заданной процедуры -й функциональной подсистемой АСУ) - .

Дополнительным комплексным показателем безотказности и ремонтопригодности системы в отношении выполнения ею -й Д-функции является вероятность успешного выполнения и последовательно поступающих запросов (n).

Описание надежности АСУ по аварийным ситуациям осуществляют с помощью комплексных показателей надежности.

Показателями надежности АСУ по аварийным ситуациям являются показатели, характеризующие:

· опасность возникновения аварийной ситуации в течение некоторого заданного интервала времени нормального функционирования системы;

· опасность возникновения аварийной ситуации в результате воздействия на систему внешнего экстремального фактора.

Для описания надежности АСУ по аварийным ситуациям могут быть использованы следующие показатели:

· средняя наработка системы до возникновения в ней -й аварийной ситуации при нормальных условиях функционирования АСУ - ;

· вероятность возникновения в системе -й аварийной ситуации в течение заданного времени при нормальных условиях функционирования АСУ - ;

· вероятность возникновения в системе -й аварийной ситуации в результате воздействия -го экстремального воздействующего фактора .

Допускается также использование следующих показателей:

· вероятность отсутствия (невозникновения) в системе -й аварийной ситуации в течение заданного времени при нормальных условиях функционирования АСУ - ;

· вероятность отсутствия (невозникновения) в системе -й аварийной ситуации в результате воздействия -го экстремального воздействующего фактора .

Описание долговечности АСУ осуществляют по АСУ в целом или, при необходимости, по отдельным ее подсистемам с помощью единичных показателей надежности.

Основными показателями долговечности являются:

· средний ресурс -й подсистемы АСУ (АСУ в целом) - ;

· средний срок службы -й подсистемы АСУ (АСУ в целом) - .

Допускается также использовать следующие показатели:

· гамма-процентный ресурс -й подсистемы АСУ (АСУ в целом) —;

o гамма-процентный срок службы -й подсистемы АСУ (АСУ в целом) — .

В обоснованных случаях, кроме показателей надежности АСУ, допускается использовать показатели, установленные ГОСТ 27.002 83,
ГОСТ 13216 74, ГОСТ 21623 76.

Создание надежной АСУ

Установление требований к надежности конкретной разрабатываемой АСУ состоит в выборе состава (номенклатуры) показателей, используемых для количественного описания надежностных свойств системы, и определении требуемых числовых значений (норм) этих показателей.

Показатели надежности вводят по каждой функции системы и по каждому виду их отказов, а также по установленным для рассматриваемой системы аварийным ситуациям.

Состав показателей надежности определяют на основе включенных в ТЗ на АСУ перечней функций, видов их отказов и тех аварийных ситуаций, для которых следует устанавливать требования к надежности.

Для каждой из указанных в ТЗ на АСУ функций и по видам их отказов вводят показатели безотказности и ремонтопригодности.

Для каждой из указанных аварийных ситуаций вводят показатели надежности.

Показатели долговечности вводят, при необходимости, для АСУ в целом либо для отдельных ее подсистем в случаях, если по условиям функционирования системы, или по иным причинам, ремонт или замена некоторых технических средств, необходимых для выполнения функций системы и отказавших или выработавших свой ресурс либо срок службы, невозможна без капитального или среднего ремонта или без реконструкции системы. Необходимость установления показателей долговечности указывают в ТЗ на АСУ.

Определение требуемых численных значений введенных показателей надежности АСУ осуществляют по заданным критериям.

Исходными данными для определения обоснованных требований к надежности АСУ являются:

· виды и критерии отказов по всем рассматриваемым функциям системы;

· уровень эффективности по всем функциям системы и величины ущербов по всем видам отказов;

· состав технических, программных и эргатических элементов, участвующих в выполнении каждой функции системы;

· возможные пути повышения надежности для каждой ФП АСУ и связанные с ними затраты;

· величины ущербов, связанных с возникновением возможных в АСУ аварийных ситуаций;

· возможные пути снижения опасности возникновения аварийных ситуаций и связанные с ними затраты.

Требования к надежности АСУ определяют в основном путем сопоставления потерь, связанных с отказами АСУ в выполнении функций и возникновением аварийных ситуаций, и затрат, связанных с обеспечением и повышением надежности АСУ (включая удорожание обслуживания).

Требования к надежности АСУ устанавливают по согласованию между разработчиком и заказчиком АСУ при разработке ТЗ на АСУ.

Общий порядок оценки надежности АСУ

Оценку надежности АСУ (по функциям и по аварийным ситуациям) проводят:

· при разработке системы с целью прогноза ожидаемого уровня надежности АСУ (проектная, априорная оценка);

· при вводе системы в эксплуатацию и в процессе ее функционирования с целью определения фактически достигнутого уровня надежности АСУ и проверки его соответствия требованиям к надежности, установленным в ТЗ на АСУ (экспериментальная, апостериорная оценка).

Проектную оценку надежности АСУ, в зависимости от особенностей системы и стадии ее создания, проводят с учетом свойств:

· только комплекса технических средств АСУ;

· КТС АСУ и программного обеспечения АСУ;

· КТС АСУ и персонала АСУ;

· КТС АСУ, ПО АСУ и персонала АСУ.

Проектная оценка надежности АСУ с учетом только КТС АСУ, проводимая на начальных этапах разработки системы, является ориентировочной и ее используют для предварительного определения состава и структуры КТС АСУ.

Проектная оценка надежности АСУ с учетом КТС АСУ и персонала, проводимая при разработке эскизного проекта системы, является ориентировочной, и ее используют для определения целесообразного уровня автоматизации управления объектом, распределения задач между техническими средствами и персоналом АСУ в выполнении функций системы.

Проектную оценку надежности АСУ с учетом КТС АСУ и ПО АСУ проводят при разработке технического проекта и используют для уточнения состава и структуры КТС АСУ, определения требований к надежности, а также выбора способов повышения надежности функционирования технического и программного обеспечения системы.

Проектная оценка надежности АСУ с учетом КТС АСУ, ПО АСУ и персонала АСУ, приводимая при разработке рабочего проекта системы, является более полной, и ее используют для уточнения состава и структуры КТС АСУ, состава и структуры ПО АСУ, состава и структуры задач персонала АСУ, а также, для уточнения взаимодействия КТС, ПО АСУ и персонала АСУ (компонентов АСУ) в реализации функций системы.

Проектную оценку надежности АСУ допускается проводить следующими методами:

· аналитическими;

· вероятностного моделирования;

· комбинированными, представляющими собой сочетание аналитических методов и методов моделирования;

· экспертными.

Экспериментальная оценка надежности АСУ учитывает совместное (результирующее) воздействие на уровень надежности системы КТС АСУ, ПО АСУ и действий персонала АСУ, а также всех реально воздействующих факторов внешней среды, режимов и параметров технической эксплуатации, режимов функционирования системы, внешних помех.

Экспериментальную оценку надежности АСУ допускается проводить:

· путем организации и проведения специальных испытаний на надежность;

· путем сбора и обработки статистических данных о надежности АСУ в условиях ее опытного и промышленного функционирования;

· комбинированными методами, использующими оба эти направления;

· расчетно-экспериментальными методами.

Необходимость проведения оценок надежности АСУ на различных стадиях ее создания и функционирования, методы получения таких оценок, а также состав оцениваемых при этом показателей надежности АСУ указывается в ТЗ на АСУ. Методы проектной и экспериментальной оценок надежности АСУ на разных стадиях создания и эксплуатации системы выбирают с учетом особенностей конкретной разрабатываемой (модернизируемой) АСУ и конкретных условий ее разработки. Учитывается наличие инженерных методик, алгоритмов и программ решения задач оценки надежности, наличие необходимых исходных данных для использования определенного метода и возможности проведения испытаний необходимого объема и пр. При проведении проектной и экспериментальной (расчетно-экспериментальными методами) оценок надежностями АСУ следует использовать данные по надежности элементов АСУ, приведенные в документации их изготовителей и разработчиков, в официальных отчетах об эксплуатации элементов АСУ, а также в справочниках.

Обеспечение надежности разрабатываемой (модернизируемой) АСУ

Необходимый уровень надежности конкретной АСУ обеспечивают специальным комплексом работ, проводимых на всех стадиях создания и функционирования АСУ.

К обязательным работам по обеспечению надежности АСУ, которые следует выполнять в процессе создания любой АСУ, относят:

· анализ состава и содержания функций разрабатываемой (модернизируемой) АСУ, определение конкретного содержания понятия «отказ» и критериев отказа по каждому виду отказов для всех функций системы; анализ, при необходимости, аварийных ситуаций в АСУ, определение конкретного содержания понятия «аварийная ситуация» для данной АСУ и критериев аварийной ситуации по каждой из рассматриваемых ситуаций;

· выбор состава показателей надежности по всем функциям АСУ, указанным в ТЗ на АСУ и, при необходимости, по всем аварийным ситуациям, и определение требований к уровню их значений;

· выбор методов оценки надежности АСУ на различных стадиях ее создания и функционирования;

· проведение проектной оценки надежности АСУ при разработке технического проекта системы;

· определение режимов и параметров технической эксплуатации АСУ.

Состав, содержание и последовательность выполнения работ по обеспечению надежности системы устанавливают в «Программе обеспечения надежности АСУ», которую составляют для каждой вновь разрабатываемой или модернизируемой АСУ с учетом специфики системы и условий ее функционирования, важности выполняемых ею функций, требуемого уровня надежности, общего объема затрат на создание, а также особенностей ее создания (наличия необходимых исходных данных, сведений о надежности систем-аналогов и применяемых элементов и пр.).

Создание компьютерных систем управления должно базироваться на точном анализе возможностей реального построения системы и достижения ее целей. Для этого используют экономико-математические методы и модели, позволяющие создать надежные автоматизированные системы управления.

Системная надежность компьютерных технологий управления

При создании интегрированных систем автоматизированного управления важна роль оптимизационных расчетов, заключающаяся в определении условий, при которых существует заданное значение целевой функции принимаемое за экстремум. Чтобы считать систему интегрированной относительно заданной функции цели, ограничения должны соответствовать реальным возможностям управления ИАСУ. Характеристикам реализуемости АСУ могут служить показатели надежности. Эти взаимосвязанные значения ограничений образуют базу интеграции.

Комплекс оптимизационных расчетов играет роль системы управления базой интеграции, которая периодически обновляется.

Характеристикой реализуемости АСУП, АСУТП и других видов АСУ могут служить показатели надежности.

База интеграции может содержать разделы, отражающие оптимизационные расчеты показателей надежности АСУП и АСУТП, при которых распределение ресурсов на разработку этих компонентов при проектировании и функционировании, обеспечивает получение заданного эффекта.