/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> Базовые сведения о надежности информационныхтехнологий управления
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Содержание
Надежностькак ключевой фактор развития и применения информационных технологий вуправленииНадежностьавтоматизированных систем управленияОсновные понятия надежностиПоказатели надежности АСУСоздание надежной АСУОбщий порядок оценки надежности АСУОбеспечение надежности разрабатываемой(модернизируемой) АСУСистемнаянадежность компьютерных технологий управленияИнформационныетехнологии создания надежных систем управленияМетодология структурного анализа ипроектированияСущность методологии SADTИспользование методологии IDEF при проектировании и анализебизнес - процессовОпределение системы и модели при проектированиибизнес - процессовМетодологии IDEFМетодология IDEF и анализ стоимостныххарактеристикПримеры использования надежных технологийуправления
Программноеобеспечение как надежная система технологий управления
Надежностьпрограмм. Разные подходыТехнологии повышения безошибочности программ
надежностьинформация технология управление
Надежностькак ключевой фактор развития и применения информационных технологий вуправлении
На протяжении всегопериода применения компьютеров и компьютерных систем существует тенденциясоздания высоконадежных управляющих комплексов, ориентированных на получение ииспользование информационных ресурсов. Эта тенденция выразилась в мощномпроцессе создания различных видов автоматизированных систем как встроенных вуникальные объекты информационно-технологических комплексов. Это направление являетсяважнейшим в проведении крупных мероприятий по совершенствованию технической итехнологической базы систем управления, а также использовании новых методоворганизации управления, создания автоматизированных производств, основанных нашироком применении современного программно-управляемого технологическогооборудования, микропроцессорных управляющих вычислительных средств, роботов ипромышленных робототехнических систем, средств автоматизациипроектно-кострукторских, технологических, организационных и планово-производственныхработ.
В научно-техническомотношении на этом этапе для достижения показателей надежности осуществляетсясинтез ряда разрозненно развивающихся направлений, таких как АСУП (системыавтоматизации организационного управления предприятием), САПР (автоматизацияпроектирования и конструирования), СЧПУ (системы числового программногоуправления), АСУ ГПС (автоматизированная система управления гибкимипроизводственными системами).
Применениевычислительной техники и средств автоматизации организационных итехнологических процессов достигло такого уровня, что был поставлен вопрос онадежной крупномасштабной системной автоматизации на основе компьютерныхсистем. В этот период были созданы АСУП на базовых предприятиях ведущихотраслей.
При этом, посколькупроблемы надежности функционирования еще не стали основой разработки АСУ,нельзя было точно ответить, где именно и в какой степени проявится наибольшийэффект от внедрения новых информационно-технологических средств — всамой технологии или в областях, связанных с организацией, технологией иуправлением производства или с проектно - конструкторской иисследовательской деятельностью.
Ориентация нанадежность потребовала изучения специфики автономного развития следующихнаправлений автоматизации: автоматизация обработкиинформации — автоматизированные системы управления организационнымипроцессами (АСУП), системы автоматизированного проектирования и конструирования(САПР), автоматизация производства на базе использования технологическогооборудования с компьютерным управлением (АСУ ГПС), автоматизированные системыуправления технологическими процессами в дискретном производстве (АСУ ТП).
Переход к созданиюинтегрированных систем поставил ряд сложных проблем, связанных прежде всего стем, что такие системы должны обеспечивать надежное согласованноефункционирование территориально рассредоточенных автоматизированных систем сразными показателями надежности различного функционального назначения,базирующихся на разнородной вычислительной технике и взаимодействующих междусобой средствами коммуникации.
Организационной основойинформатизации управления стало развитие специализации и кооперациипроизводства, гарантирующее надежность элементов АС и их сопряжение в новыхперспективных технологиях, создание интегрированной системы управления,охватывающей все стадии жизненного цикла продукции: от формирования заказа наизделие до его поставки и обслуживания у потребителя.
Создание ИАСУ следуетрассматривать как новый этап в надежной информатизации технологий управления,основанный на использовании достижений в создании надежных компонент,накопленного опыта разработки и внедрения надежных и эффективных автономныхавтоматизированных систем, предназначенных для различных видовпроизводственно-хозяйственной деятельности объектов.
Анализ опыта созданиянадежных АСУ как этапа на пути к информационным ресурсам, формирование которыхвозможно лишь в рамках надежных компонентов и системных технологий, позволяетсделать вывод о том, что на их основе сложился начальный рынок относительнонадежных технологий информационных компонентов (базы данных, комплексывычислительной техники, типовые проектные решения). Однако с системных позицийтеории информационных ресурсов, этот этап может быть отнесен по качественнымрезультатам к процессам натурных исследований проблемных ситуаций. Тогдаинформация о состояниях параметров надежности альтернатив, котораяконцентрировалась и обрабатывалась в АСУ, могла рассматриваться лишь каккомпонент проектного и исследовательского информационного ресурса.
Принципиальныеэкономические ограничения деятельности фазы натурных исследований приразрешении проблемных ситуаций привели к естественному сужению этогонаправления информатизации технологий управления, не поддержанного своевременноэкспертно-консалтинговым и модельным методами разрешения проблемных ситуаций.Кроме того, область высокой неопределенности, в которой осуществляются операциинатурных исследований, надежные альтернативы, разрешение проблемных ситуаций(ПС) было с помощью АСУ возможно лишь с высоким риском, что снижало их реальнуюи информационную эффективность (рис. 4.1.).
Динамика развитияавтоматизированных систем разных классов существенно зависит от степени решениядвух важнейших аспектов надежности автоматизированных систем — элементной надежности и системнойнадежности, включая надежность персонала АС.
Несогласованностьрешения этих проблем породила своеобразную динамику создания систем,отображающих общие закономерности развития надежности, включающей фазы надежнойтехнологии, элементнойи системнойнадежности и перехода к фазе использования новогопоколения элементов.
/>
Рис. 4.1. Схема изменения неопределенности ПС при использовании
АСУ разныхклассов как средств информатизации
Другое направлениеинформатизации технологий управления связано с формированием экспертныхинформационных компонентов в целях получения информационных ресурсов. Этонаправление связано непосредственно с бумом развития экспертных систем (ЭС) в80-90 гг. прошлого столетия как систем искусственного интеллекта, атакже с решением проблем надежного функционирования персоналаАС. Экспертные системы направлены на повышение надежности локального системногофункционирования персонала АС.
Экспертные компьютерныесистемы-оболочки создали многомиллиардную нишу рынка средств искусственногоинтеллекта. Были созданы экспертные системы-оболочки (ГУРУ, Интерэксперт идр.), которые стимулировали создание авторских вариантов ЭС какинтеллектуальной собственности. На рынке появились демонстрационные версии ЭС(50 — 100 решающих правил), отдельные промышленные версии.
Однако и здесьигнорирование методов надежного экономического, технологического иорганизационного синтеза информационных компонентов для формированияинформационных ресурсов вело к неизбежному затуханию интенсивности работ этогосодержательного, но локального этапа на пути к созданию и использованиюинформационных ресурсов
/>
.
Рис. 4.2…Изменения неопределенности ПС в процессе локального применения компьютерныхэкспертных систем
Локальное применение ЭСбез предшествующего натурного исследования вело на начальных этапах к ростунеопределенности, отсутствию области конкордации (согласия) экспертных оценокпо фиксированным решающим правилам, невозможности корректного осуществленияостановки экспертизы и как результат — к деградации и временному сужению ниширынка ЭС на рынке знаний.
Третье важнейшеенаправление развития информационных компонентов для формирования информационныхресурсов связано с созданием алгоритмических комплексов,экономико-математических моделей. На территории СНГ это направление связано,прежде всего, с деятельностью Центрального экономико-математического институтаАН РФ, Института проблем управления (автоматики и телемеханики) АН РФ, ЦНИИТУ иНИИ экономико-математических методов (г. Минск) и других организаций. Активнозанимались моделями информатизации ведущие зарубежныецентры — практически все университеты, в том числе Гарвардскийуниверситет, Массачусетский технологический институт.
Были созданы комплексывпечатляющих, но локальных моделей без должных интерфейсов с системаминатурного исследования проблем (планирование эксперимента) и экспертнымисистемами. Созданные локальные модели на локальных примерах демонстрировалиадекватность, однако их применение без соблюдения логической последовательностисоздания других надежных компонентов для формирования информационных ресурсоввело к возрастанию неопределенности на начальных этапах применения моделей, и,в силу естественных экономических и временных ограничений, привело к остановкемодельных исследований конкретных ПС еще до их разрешения (рис. 4.3.).
Необходимо отметить,что анализ локального применения трех ненадежных основных информационныхкомпонент для формирования и использования ИР указывает путь и позволяетпрогнозировать новый этап информатизации, основанный на интеграцииэкономических и информационно-технологических предпосылок. Комплексновзаимосвязанное с надежными интерфейсами применение надежных технологийинтегрированных информационных систем, обеспечивающих ограниченное, управляемоенадежное осуществление натурного исследования ПС, ориентировано насогласованные надежные экспертно - консалтинговые процедуры,согласование и применение надежных моделей.
t доп.
R доп.
Н доп.
Время, ресурсы />
Рис. 4.3.Изменение неопределенности ПС в процессе локального
применения компьютерных экспертных систем
В таких ИАСУ надежностьдостигается за счет точного плана, ограниченного натурного исследования ПС, засчет ЭС с управляемой процедурой оценки (конкордации) точки согласия иприменения экспертных правил остановки экспертизы, что исключаеткатастрофический рост неопределенности из-за неограниченности экспертных сужденийи выхода эксперта за область компетенции при разрешении ПС, за счет надежногоинтерфейса консалтинговой ЭС с адекватным (надежным) моделирующим комплексом.Это позволяет ограничивать начальный рост неопределенности за счет ненадежныхопераций, осуществляет управляемые правила остановки операций разрешения ПС,определяет точки начала и конца области информационных ресурсов. Созданиепартнерской системы осуществляет реальное получение и использование ИР дляразрешения ПС.
При этом за счетсогласованности и надежности операций взаимное влияние комплексов натурного,экспертного и модельного этапов разрешения проблемной ситуации проявляетсячерез синергетический эффект. В этом случае экономический эффект информационныхресурсов связан с акселерацией и мультипликацией в экономических системах.Результаты согласованных взаимодействий интегрированных натурного, экспертногои модельного компонентов ведут к возникновению в результате функционированияАСУ важнейшей экономической категории — информационных ресурсов — субститутадругим ресурсам для разрешения ПС.
Таким образом, дляуспешного разрешения проблемных ситуаций, возникающих в процессе управления,должны быть созданы надежные автоматизированные системы управления, снижающиериск принятия неверных решений до минимума. Динамика развитияавтоматизированных систем, объем их рынка существенно зависят от успешногорешения проблем надежности компонентов и системной надежности, надежныхтехнологий их функционирования./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> Надежность автоматизированных систем управления
В данном разделеприведены основные положения по надежности АСУ, номенклатура основныхпоказателей надежности, порядок установления требований к надежности АСУ, общиепринципы оценки надежности, состав работ по обеспечению надежности АСУ. Словарьтерминов по надежности, встречающихся в данном разделе, приведен в приложении./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Основные понятия надежности
Обеспечениенеобходимого уровня надежности требует проведения специального комплекса работ,выполняемых на разных стадиях создания и эксплуатации систем управления.
При решении вопросов,связанных с обеспечением требуемого уровня надежности АСУ, учитываютсяследующие особенности:
· каждая АСУ является многофункциональной системой, функции которойимеют существенно различную значимость и, соответственно, характеризуютсяразным уровнем требований к надежности их выполнения;
· возможно возникновение некоторых исключительных (аварийных,критических) ситуаций, представляющих сочетание отказов или ошибокфункционирования системы и способных привести к значительным нарушениямфункционирования объекта управления (авариям);
· в функционировании АСУ участвуют различные виды ее обеспечения иперсонал, которые могут в той или иной степени влиять на уровень надежностисистемы управления;
· в состав каждой АСУ входит большое количество разнородныхэлементов: технических, программных, эргатических и др., при этом в выполненииодной функции АСУ обычно участвуют несколько различных элементов, а один и тотже элемент может участвовать в выполнении нескольких функций системы.
При решении вопросовнадежности АСУ количественное описание, анализ, оценку и обеспечение надежностипроводят по каждой функции АСУ в отдельности. В необходимых случаях используюттакже анализ возможности возникновения в системе аварийных ситуаций, ведущих кзначительным техническим, экономическим или социальным потерям вследствиеаварии объекта управления (или автоматизированного комплекса в целом).
Функции АСУподразделяют на простые и составные.Для некоторых АСУ возможно построение составной функции наиболее общего вида,отображающей функционирование АСУ в целом.
Перечень функций ивидов их отказов, по которым задаются требования к надежности конкретной АСУ, атакже критерии этих отказов устанавливает заказчик по согласованию сразработчиком и вносит в техническое задание (ТЗ на АСУ). Для установлениякритериев отказов составляют перечень признаков или параметров, по которымможет быть обнаружен факт возникновения каждого отказа, а принеобходимости — количественных (критериальных) значений этихпараметров.
Если для некоторойфункции АСУ определено несколько видов отказов, существенно различающихся попричинам возникновения или по вызываемым ими последствиям, то безотказность иремонтопригодность по этой функции задают отдельно по каждому виду отказов. Приэтом критерии отказов устанавливают по каждому виду отказов.
Переченьрассматриваемых аварийных ситуаций, по которым задают требования к надежности,составляет заказчик по согласованию с разработчиком и вносит в техническоезадание с указанием, при каких условиях эксплуатации рассматриваютвозникновение каждой из приведенных аварийных ситуаций.
Уровень надежности АСУзависит от надежности и других свойств ее технического обеспечения (комплексатехнических средств), программного обеспечения и персонала, участвующего вфункционировании АСУ.
Уровень надежности АСУзависит от следующих основных факторов:
· состава и уровня надежности используемых технических средств, ихвзаимосвязи в надежностной структуре комплекса технических средств АСУ (КТСАСУ);
· состава и уровня надежности используемых программных средств, ихсодержания (возможностей) и взаимосвязи в структуре программного обеспеченияАСУ (ПО АСУ);
· уровня квалификации персонала, организации работы и уровнянадежности действий персонала АСУ; рациональности распределения задач, решаемыхсистемой, между КТС АСУ, ПО АСУ и персоналом АСУ;
· режимов, параметров и организационных форм техническойэксплуатации КТС АСУ;
· степени использования различных видов резервирования(структурного, информационного, временного, алгоритмического, функционального);
· степени использования методов и средств технической диагностики;реальных условий функционирования АСУ.
Совокупностьтехнических, программных и эргатических элементов АСУ (технических ипрограммных средств и части персонала АСУ), выделяемая из всего состава АСУ попризнаку участия в выполнении некоторой (/>-й)функции системы, образует />-юфункциональную подсистему АСУ (ФП АСУ).[1]
Анализ надежности АСУ вреализации ее функций проводят по каждой ФП АСУ в отдельности с учетом уровнянадежности и других свойств входящих в нее технических, программных иэргатических элементов.
Выбор составапоказателей надежности АСУ производят на основе установленных техническимзаданием перечня функций системы, перечня видов их отказов и перечня аварийныхситуаций, по которым регламентируют требования к надежности.
Требуемые численныезначения выбранных показателей надежности АСУ (требования к надежности)устанавливаются по определенным критериям на основе анализа влияния отказов АСУв выполнении ее функций и аварийных ситуаций на эффективность функционированияавтоматизированного комплекса (АСУ и объект управления) в целом, а такжезатрат, связанных с обеспечением надежности.
Оценку надежности АСУпроводят на различных стадиях создания и эксплуатации АСУ.
При разработке АСУпроводят проектную (априорную) оценку надежности системы. При опытной ипромышленной эксплуатации АСУ проводят экспериментальную (апостериорную) оценкунадежности системы.
Оценку надежности АСУпроизводят с учетом надежности КТС АСУ и, при необходимости, с учетомнадежности ПО АСУ и действий персонала АСУ. Необходимость учета надежности ПОАСУ и действий персонала АСУ при оценке надежности АСУ на разных стадияхсоздания и эксплуатации устанавливают техническим заданием на АСУ./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Показатели надежности АСУ
В качестве показателейнадежностями АСУ используют показатели, характеризующие надежность реализациифункций системы и опасность возникновения в системе аварийных ситуаций.
Описание надежности АСУпо функциям (по ФП АСУ) осуществляют:
· по отдельным составляющим надежности единичным показателям;
· по нескольким составляющим надежности совместно комплекснымпоказателям надежности.
Для описания надежностиАСУ по непрерывно - выполняемым функциям (Н-функции) ипо дискретно - выполняемым функциям
(Д-функции)используют различные показатели.
Описание безотказностии ремонтопригодности АСУ по
Н-функциямосуществляют с помощью единичных или комплексных показателей надежности.
Основными единичнымипоказателями безотказности являются:
· средняя наработка системы на отказ в выполнении />-й функции (средняянаработка на отказ />-й ФП АСУ) -/>;
· вероятность безотказного выполнения системой />-й функции (вероятностьбезотказной работы />-й ФП АСУ) втечение заданного времени />.
Допускаетсяиспользовать следующие показатели:
· среднюю наработку системы до отказа в выполнении />-й функции (средняянаработка до отказа />-й ФП АСУ) — />;
· параметр потока отказов системы в выполнении />-й функции (параметр потокаотказов />-й ФП АСУ) — />;
· интенсивность отказов системы в выполнении />-й функции (интенсивностьотказов />-й ФП АСУ) — />.
Основным и единичнымипоказателями ремонтопригодности являются:
· среднее время восстановления способности системы к выполнению />-й функции после отказа(среднее время восстановления />-й ФПАСУ) />;
· вероятность восстановления в течение заданного времениспособности системы к выполнению />-йфункции после отказа (вероятность восстановления />-йФП АСУ за время />) — />.
Комплекснымипоказателями безотказности и ремонтопригодности являются:
· коэффициент готовности системы к выполнению />-й функции (коэффициентготовности />-й ФП АСУ) — />;
· коэффициент технического использования системы по />-й функции (коэффициенттехнического использования />-й ФПАСУ) – K TC i ;
· коэффициент сохранения эффективности системы по />-й функции (коэффициентсохранения эффективности />-й ФПАСУ) -.К ЭФ i.
Описание безотказностии ремонтопригодности АСУ по
Д-функцииосуществляют с помощью комплексных показателей надежности.
Основным комплекснымпоказателем безотказности и ремонтопригодности системы в отношении выполненияею />-й
Д-функцииявляется вероятность успешного выполнения системой заданной процедуры припоступлении запроса (вероятность успешного выполнения заданной процедуры />-й функциональнойподсистемой АСУ) — />.
Дополнительным комплекснымпоказателем безотказности и ремонтопригодности системы в отношении выполненияею />-й Д-функции являетсявероятность успешного выполнения и последовательно поступающих запросов />(n).
Описание надежности АСУпо аварийным ситуациям осуществляют с помощью комплексных показателейнадежности.
Показателями надежностиАСУ по аварийным ситуациям являются показатели, характеризующие:
· опасность возникновения аварийной ситуации в течение некоторогозаданного интервала времени нормального функционирования системы;
· опасность возникновения аварийной ситуации в результате воздействияна систему внешнего экстремального фактора.
Для описания надежностиАСУ по аварийным ситуациям могут быть использованы следующие показатели:
· средняя наработка системы до возникновения в ней />-й аварийной ситуации принормальных условиях функционирования АСУ — />;
· вероятность возникновения в системе />-йаварийной ситуации в течение заданного времени /> принормальных условиях функционирования АСУ — />;
· вероятность возникновения в системе />-йаварийной ситуации в результате воздействия />-гоэкстремального воздействующего фактора />.
Допускается такжеиспользование следующих показателей:
· вероятность отсутствия (невозникновения) в системе />-й аварийной ситуации втечение заданного времени /> принормальных условиях функционирования АСУ — />;
· вероятность отсутствия (невозникновения) в системе />-й аварийной ситуации врезультате воздействия />-гоэкстремального воздействующего фактора />.
Описание долговечностиАСУ осуществляют по АСУ в целом или, при необходимости, по отдельным ееподсистемам с помощью единичных показателей надежности.
Основными показателямидолговечности являются:
· средний ресурс />-йподсистемы АСУ (АСУ в целом) — />;
· средний срок службы />-йподсистемы АСУ (АСУ в целом) — />.
Допускается такжеиспользовать следующие показатели:
· гамма-процентный ресурс />-йподсистемы АСУ (АСУ в целом) —/>;
o гамма-процентныйсрок службы />-й подсистемы АСУ (АСУ вцелом) — />.
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 требованийк надежности конкретной разрабатываемой АСУ состоит в выборе состава(номенклатуры) показателей, используемых для количественного описаниянадежностных свойств системы, и определении требуемых числовых значений (норм)этих показателей.
Показатели надежностивводят по каждой функции системы и по каждому виду их отказов, а также поустановленным для рассматриваемой системы аварийным ситуациям.
Состав показателейнадежности определяют на основе включенных в ТЗ на АСУ перечней функций, видових отказов и тех аварийных ситуаций, для которых следует устанавливатьтребования к надежности.
Для каждой из указанныхв ТЗ на АСУ функций и по видам их отказов вводят показатели безотказности иремонтопригодности.
Для каждой из указанныхаварийных ситуаций вводят показатели надежности.
Показателидолговечности вводят, при необходимости, для АСУ в целом либо для отдельных ееподсистем в случаях, если по условиям функционирования системы, или по инымпричинам, ремонт или замена некоторых технических средств, необходимых длявыполнения функций системы и отказавших или выработавших свой ресурс либо срокслужбы, невозможна без капитального или среднего ремонта или без реконструкциисистемы. Необходимость установления показателей долговечности указывают в ТЗ наАСУ.
Определение требуемыхчисленных значений введенных показателей надежности АСУ осуществляют позаданным критериям.
Исходными данными дляопределения обоснованных требований к надежности АСУ являются:
· виды и критерии отказов по всем рассматриваемым функциям системы;
· уровень эффективности по всем функциям системы и величины ущербовпо всем видам отказов;
· состав технических, программных и эргатических элементов,участвующих в выполнении каждой функции системы;
· возможные пути повышения надежности для каждой ФП АСУ и связанныес ними затраты;
· величины ущербов, связанных с возникновением возможных в АСУаварийных ситуаций;
· возможные пути снижения опасности возникновения аварийныхситуаций и связанные с ними затраты.
Требования к надежностиАСУ определяют в основном путем сопоставления потерь, связанных с отказами АСУв выполнении функций и возникновением аварийных ситуаций, и затрат, связанных собеспечением и повышением надежности АСУ (включая удорожание обслуживания).
Требования к надежностиАСУ устанавливают по согласованию между разработчиком и заказчиком АСУ приразработке 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 уровнянадежности АСУ (проектная, априорная оценка);
· при вводе системы в эксплуатацию и в процессе ее функционированияс целью определения фактически достигнутого уровня надежности АСУ и проверкиего соответствия требованиям к надежности, установленным в ТЗ на АСУ(экспериментальная, апостериорная оценка).
Проектную оценкунадежности 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 оценканадежности АСУ с учетом только КТС АСУ, проводимая на начальных этапахразработки системы, является ориентировочной и ее используют дляпредварительного определения состава и структуры КТС АСУ.
Проектная оценканадежности АСУ с учетом КТС АСУ и персонала, проводимая при разработкеэскизного проекта системы, является ориентировочной, и ее используют дляопределения целесообразного уровня автоматизации управления объектом,распределения задач между техническими средствами и персоналом АСУ в выполнениифункций системы.
Проектную оценкунадежности АСУ с учетом КТС АСУ и ПО АСУ проводят при разработке техническогопроекта и используют для уточнения состава и структуры КТС АСУ, определениятребований к надежности, а также выбора способов повышения надежностифункционирования технического и программного обеспечения системы.
Проектная оценканадежности АСУ с учетом КТС АСУ, ПО АСУ и персонала АСУ, приводимая приразработке рабочего проекта системы, является более полной, и ее используют дляуточнения состава и структуры КТС АСУ, состава и структуры ПО АСУ, состава иструктуры задач персонала АСУ, а также, для уточнения взаимодействия КТС, ПОАСУ и персонала АСУ (компонентов АСУ) в реализации функций системы.
Проектную оценкунадежности АСУ допускается проводить следующими методами:
· аналитическими;
· вероятностного моделирования;
· комбинированными, представляющими собой сочетание аналитическихметодов и методов моделирования;
· экспертными.
Экспериментальнаяоценка надежности АСУ учитывает совместное (результирующее) воздействие науровень надежности системы КТС АСУ, ПО АСУ и действий персонала АСУ, а такжевсех реально воздействующих факторов внешней среды, режимов и параметровтехнической эксплуатации, режимов функционирования системы, внешних помех.
Экспериментальнуюоценку надежности АСУ допускается проводить:
· путем организации и проведения специальных испытаний нанадежность;
· путем сбора и обработки статистических данных о надежности АСУ вусловиях ее опытного и промышленного функционирования;
· комбинированными методами, использующими оба эти направления;
· расчетно-экспериментальными методами.
Необходимостьпроведения оценок надежности АСУ на различных стадиях ее создания ифункционирования, методы получения таких оценок, а также состав оцениваемых приэтом показателей надежности АСУ указывается в ТЗ на АСУ. Методы проектной иэкспериментальной оценок надежности АСУ на разных стадиях создания иэксплуатации системы выбирают с учетом особенностей конкретной разрабатываемой(модернизируемой) АСУ и конкретных условий ее разработки. Учитывается наличиеинженерных методик, алгоритмов и программ решения задач оценки надежности,наличие необходимых исходных данных для использования определенного метода ивозможности проведения испытаний необходимого объема и пр. При проведениипроектной и экспериментальной (расчетно-экспериментальными методами) оценокнадежностями АСУ следует использовать данные по надежности элементов АСУ,приведенные в документации их изготовителей и разработчиков, в официальныхотчетах об эксплуатации элементов АСУ, а также в справочниках./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Обеспечение надежности разрабатываемой(модернизируемой) АСУ
Необходимый уровеньнадежности конкретной АСУ обеспечивают специальным комплексом работ, проводимыхна всех стадиях создания и функционирования АСУ.
К обязательным работампо обеспечению надежности АСУ, которые следует выполнять в процессе созданиялюбой АСУ, относят:
· анализ состава и содержания функций разрабатываемой(модернизируемой) АСУ, определение конкретного содержания понятия «отказ» икритериев отказа по каждому виду отказов для всех функций системы; анализ, принеобходимости, аварийных ситуаций в АСУ, определение конкретного содержанияпонятия «аварийная ситуация» для данной АСУ и критериев аварийной ситуации покаждой из рассматриваемых ситуаций;
· выбор состава показателей надежности по всем функциям АСУ,указанным в ТЗ на АСУ и, при необходимости, по всем аварийным ситуациям, иопределение требований к уровню их значений;
· выбор методов оценки надежности АСУ на различных стадиях еесоздания и функционирования;
· проведение проектной оценки надежности АСУ при разработкетехнического проекта системы;
· определение режимов и параметров технической эксплуатации АСУ.
Состав, содержание ипоследовательность выполнения работ по обеспечению надежности системыустанавливают в «Программе обеспечения надежности АСУ», которую составляют длякаждой вновь разрабатываемой или модернизируемой АСУ с учетом специфики системыи условий ее функционирования, важности выполняемых ею функций, требуемогоуровня надежности, общего объема затрат на создание, а также особенностей еесоздания (наличия необходимых исходных данных, сведений о надежности систем-аналогови применяемых элементов и пр.).
Создание компьютерныхсистем управления должно базироваться на точном анализе возможностей реальногопостроения системы и достижения ее целей. Для этого используютэкономико-математические методы и модели, позволяющие создать надежныеавтоматизированные системы управления./>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Системнаянадежность компьютерных технологий управления
При созданииинтегрированных систем автоматизированного управления важна рольоптимизационных расчетов, заключающаяся в определении условий, при которыхсуществует заданное значение целевой функции принимаемое за экстремум. Чтобысчитать систему интегрированной относительно заданной функции цели, ограничениядолжны соответствовать реальным возможностям управления ИАСУ. Характеристикамреализуемости АСУ могут служить показатели надежности. Эти взаимосвязанныезначения ограничений образуют базу интеграции.
Комплексоптимизационных расчетов играет роль системы управления базой интеграции,которая периодически обновляется.
Характеристикойреализуемости АСУП, АСУТП и других видов АСУ могут служить показателинадежности.
База интеграции можетсодержать разделы, отражающие оптимизационные расчеты показателей надежностиАСУП и АСУТП, при которых распределение ресурсов на разработку этих компонентовпри проектировании и функционировании, обеспечивает получение заданногоэффекта.
Одно из направленийкомплексной автоматизации управления связано с созданием организационно-технологических АСУ, относящихся к такимразновидностям интегрированных АСУ (АСУОТ), в которой согласованнофункционируют АСУ технологическими процессами (АСУТП) и АСУорганизационно-экономического типа (АСУП). В процессе функционирования АСУОТсогласованно решаются объединенные в комплекс задачи АСУП и АСУТП, образующиефункциональную часть АСУОТ (рис. 4.4). В этих условиях параметрынадежности функционирования элементов АСУП и АСУТП, в качестве которыхвыступают персонал и средства обеспечивающей части, должны быть согласованы,что определяет необходимость согласованного распределения ресурсов на созданиеАСУП и АСУТП.
Согласованноераспределение ресурсов между различными компонентами автоматизированных систем,например АСУТП и АСУП, ведет к формированию, объединенных единой базойинтеграции и системной технологией, организационно-технологических АСУ.
/>
АСУТП может бытьпредставлена взаимодействующими элементами: “производственный персонал — средства автоматизации — технологическое оборудование”. Компенсацию потокаразличных нарушений в технологическом процессе обеспечивает системаавтоматизированного организационного управления (АСУП). Параметры элементовАСУТП и АСУП связаны между собой. Оба вида систем достаточно сложные,многоэлементные с большим числом состояний. Для таких систем и их объединения ввиде АСУОТ справедливы соотношения, связывающие энтропию распределенияпараметров надежности элементов, определяющих состояния систем, вызванныхненадежностью работы персонала и средств АСУОТ.
Анализ совместногофункционирования систем технологического и организационного управленияпозволяет решить важный вопрос стратегии автоматизации, оптимально распределитьресурсы, затрачиваемые на автоматизацию каждой из систем.
Надежность каждого изэлементов АСУП и АСУТП характеризуется произведением величины Кг (коэффициент готовности), Ро (вероятность безотказной работы) и Рs (вероятностьбезошибочной работы).
Те же параметрынадежности могут характеризовать работу персонала АСУТП, обслуживающего технологическоеоборудование, а также персонала АСУП, обслуживающего организационное управление. Низкоезначение произведения величин Кг, Рs,Ро в неавтоматизированной системе определяется значительнымиинформационными ошибками. Взаимодействие персонала с устройствами АСУТП и АСУПнаправлено на улучшение параметра
R=Kг×Po×Ps.
Информационные аспекты,связанные с оценкой деятельности персонала АСУП и АСУТП, позволяют оценитьсоставляющие параметра R=Kг×Po×Psдля персонала и его изменение в условияхавтоматизированного управления.
Параметр состояния R в каждой системе (АСУТП или АСУП) определяет вероятностьсвоевременного (Кг, безотказного (Po),безошибочного (Ps) выполнения работ поуправлению оборудованием (АСУТП) или управлению организационными процессами(АСУП). Тогда его можно представить в виде:
/>
l=1,2,...,2m
где m- число элементов одного из типов в данной подсистеме АСУП или АСУТП (персонал,оборудование). Число состояний — 2m. Энтропия[2]распределений элементов подсистемы />.
В общем случаепараметры Кг, Рs, Ро элементовподсистемы персонала зависимы от параметров элементов подсистемы оборудованияАСУТП и АСУП. Это определяет необходимость нахождения энтропии подсистемыперсонала как условной энтропии при заданном распределении параметров состоянияподсистемы оборудования.
Энтропия — неопределенность состояния систем управления АСУТП или АСУП равна суммеэнтропии подсистем персонала />иоборудования />. Для АСУТП />, Для АСУП На=Ну+Нр/уДля АСУОТ НS=НА+hБ.
Схема взаимодействияобъединенных в систему управления зависимых подсистем “производственныйперсонал — технологическое оборудование” (Б), и подсистемы автоматизацииорганизационного управления — управленческий персонал” (А) приведена на рис.4.5.
/>
Общая энтропия системы />, где /> — условнаяэнтропия подсистемы А при фиксированном уровне энтропии подсистемы Б. Если hБувеличивается, то очевидным следствиемзависимости систем является увеличение потока информации, поступающегоуправленческому персоналу подсистемы А из-за возмущений в подсистеме Б, иувеличение необходимого объема данных для принятия управленческих решений.Возрастание потока информации при увеличении hБможет быть проиллюстрировано на примере устранения управленческим персоналомсредствами организационного управления таких возмущений подсистемы управлениятехнологическими процессами, как необнаруженные нарушения в управляемомобъекте. После внедрения комплекса средств автоматизации, позволяющихосуществить идеальное (в соответствии с параметрами базы интеграции) организационноеи технологическоеуправление, управленческому и производственному персоналу, должен быть созданрежим работы, свободный как от избытка информации, так и от ее недостатка.Тогда подсистемы А и Б могут рассматриваться как независимые в предположении,что используемые средства автоматизации управления и алгоритмы их работы могутсоздать персоналу режим, инвариантный к возмущениям определенного вида. В этомслучае обозначим энтропию подсистем НN, hN соответственно. Создание промежуточных покачеству подсистем А и Б, не обеспечивающих указанного условия, сохраняетзависимость между параметрами подсистем А и Б.
Сравнение величины />.с /> позволяет выбратьнаправление автоматизации и решить вопрос об оптимальном распределении ресурсовдля создания АСУП и АСУТП в составе АСУОТ при котором обеспечиваетсямаксимальный эффект автоматизации. Рассматриваемые связи отражены на рис. 4.6.