отчёт. Отчет по практической работе № 1. Отчет По практической работе 1 По дисциплине Надежность информационных систем

• Название: Отчет По практической работе 1 По дисциплине Надежность информационных систем
• Анкор: отчёт
• Дата: 04.11.2021
• Размер: 250.77 Kb.
• Имя файла: Отчет по практической работе № 1.docx
• Тип: Отчет; #263251

Кафедра «Мехатроника, автоматизация и управление на транспорте»


Отчет

По практической работе № 1

По дисциплине «Надежность информационных систем»

Вариант № 1

Выполнил:

Студент группы

ИСТб-91

Джумабоев М.Д.

Проверил:

Папировская Л.И.
Самара 2021

Оглавлени

1.Основные теоретические сведения 4

1.1Методы повышения надежности 9

2. Выполнение работы 11

2.2 Исходные данные 11

3. Порядок выполнения работы 14

3.1 Общее резервирование элементов 15

3.2 Поэлементное резервирование 15

Заключение 16

Библиографический список 17

1. Основные теоретические сведения 4

1.1 Методы повышения надежности 9

2. Выполнение работы 11

2.1 Цель работы 11

2.2 Исходные данные 11

3. Порядок выполнения работы 13

3.1 Общее резервирование элементов 14

3.2 Поэлементное резервирование 14

Заключение

Библиографический список

1. 
   Основные теоретические сведения
   

Основное соединение элементов – последовательное соединение, отказ хотя бы одного элемента приводит к отказу всей системы. Структурная схема системы с основным соединением элементов приведена на рис.1.

Рисунок №1. Структурная схема системы с основным соединением элементов.

Будем считать, что отказы элементов – события случайные и независимые. Обозначим вероятность отказа i-го элемента системы на интервале времени (0, t) как q_i(t). В связи с тем, что отказ и работоспособность i-го элемента образуют полную группу событий, то:



где – вероятность нахождения i-го элемента в работоспособном состоянии на интервале (0, t). Для системы с основным соединением элементов вероятность безотказной работы за время t можно определить, как произведение вероятностей безотказной работы всех элементов:



где  – вероятность безотказной работы i-го элемента;  – вероятность безотказной работы системы.

Если


С учетом выражения вероятности безотказной работы через интенсивность отказов можно записать



Отсюда можно сделать заключение, что суммарная интенсивность отказов n последовательно соединенных элементов находится как сумма интенсивностей отдельных элементов.



Для случая λ = const имеем



Из последнего выражения видно, что для обеспечения требуемой техническими условиями вероятности безотказной работы технического устройства при увеличении числа последовательно соединенных элементов необходимо снижать величину интенсивности отказов каждого элемента или, что то же самое, принимать меры к увеличению их средней наработки на отказ.

Анализ полученных выражений показывает:

1. 
   вероятность безотказной работы будет тем ниже, чем больше элементов в него входит;
   
2. 
   вероятность безотказной работы последовательного соединения будет ниже, чем эта же вероятность у самого надежного элемента системы.
   

Последовательное соединение соответствует случаю, когда при отказе любого элемента система выходит из строя, а наработка до отказа такой системы равна наработки до отказа того элемента, у которого она оказалась минимальной


Рисунок №2. График наработки до отказа при последовательном соединении
Вероятность безотказной работы равно произведению вероятности безотказной работы всех элементов:



Надежность системы с последовательным соединением элементов зависит не только от уровня надежности элементов, но и от их числа. Надежность такой системы можно увеличить за счет уменьшения числа элементов и повышения их качества.

1. 
   Нагруженный резерв.
   

Основной элемент или вся система резервируется (n-1) идентичными резервными элементами, каждый, у которых находится в том же состоянии, что и рабочий элемент. Случайная наработка системы до отказа равна максимальному значению наработки до отказа одного из элементов системы.

Рисунок №3. Схема системы с нагруженным резервом.

Рисунок №4. График наработки до отказа при нагруженном резервировании.



Вероятность отказа данной системы равна произведению вероятности отказа каждого из элементов:


Вероятность безотказной работы системы с нагруженным резервом:



где - вероятность отказа i-того элемента

На практике часто используется не элементное резервирование, а резервирование целыми системами. Пусть имеется последовательная система, состоящая из n-элементов. Предположим, что все элементы равны. Рассмотрим 2 случая резервирования:

1. 
   m-кратное общее резервирование,
   
2. 
   m-кратное поэлементное резервирование.
   

1. m-кратное общее резервирование

Рисунок №5. Схема системы с общим резервированием.

Учитывая, что наработка до отказа системы параллельно включенных элементов определяется максимум из наработок элементов, а наработка системы последовательных элементов минимальной из соответствующих величин, то для данного случая можно написать наработку до отказа.



m – количество параллельных соединений,

n - количество последовательных соединений.

T_ij – случайная наработка на отказ i - того элемента в j-той резервной цепочке.

2. m – кратное поэлементное резервирование.

Рисунок №6. Раздельное или поэлементное резервирование.

В этом случае наработка на отказ определяется как:



Так как , то можно сделать вывод: вероятность безотказной работы системы с общим резервированием меньше вероятности безотказной работы системы с раздельным резервированием. Однако поэлементный резерв характеризуется невысокой эффективностью, т.к. все элементы старятся одновременно, более эффективной является ненагруженный резерв.

1. Методы повышения надежности

Одним из эффективным и достаточным просто реализуем методов повышения надежности информационных систем является организация параллельных структур (резервирование).

Различают 2 вида резервирования: структурное и функциональное.

1.Структурным резервированием называется способ повышения надежности, заключающийся в использовании в составе системы дополнительных элементов, которые в случае отказа основных рабочих элементов могут выполнять функции отказавших элементов. Структурное резервирование позволяет повысить показатели надежности системы за счет уменьшения времени восстановления.

Резервирование используется на различных структурных условиях – от отдельных элементов устройства до процессоров или ЭВМ в целом. При этом различают:

1. 
   Нагруженный резерв (горячий) - резервные элементы находятся в том же режиме что и основные.
   
2. 
   Ненагруженный резерв – резервные элементы не включены (холодный) и не несут загрузки.
   
3. 
   Облегченный резерв – резервные элементы находятся в менее нагруженном состоянии.
   

Существует несколько схем резервирования:

• 
  Общее резервирование (резервируется весь объект в целом).
  
• 
  Раздельное резервирование (резервируются отдельные элементы).
  
• 
  Скользящее резервирование (взамен любого отказавшего элемента может подключиться единственный резервный).
  

2.Функциональное резервирование – осуществляется путем формирование сетевых структур, в основном используется для восстановительных систем.

Рассмотрим расчет надежности объектов (систем) при различных методах соединения элементов, входящих в систему и различных способах резервирования.

Существует еще один важный способ повышения надежности и эффективности функционирования ИС – это блокирование кратковременных отказов за счет использования имеющегося резерва времени при выполнении системой своих основных функций.

2. Выполнение работы

2.1 Цель работы

изучение расчета надежности невосстанавливаемых систем.

2.2 Исходные данные

В структуру информационных систем включены (последовательно):

1. 
   информационное устройство (датчики);
   
2. 
   устройство управления (электронная схема);
   
3. 
   исполнительное устройство (исполнительный механизм).
   

Каждое устройство включает в себя по N = 10³ единиц одинаковых элементов, для которых определены средние интенсивности отказов, соответствующих интенсивности отказов датчиков (λ₁), электронных схем (λ₂) и исполнительного механизма (λ₃).

Исходные данные для данной практической работы приведены на рисунке № 2.

Рисунок №7. Исходные данные.
Информационная система № 1:



Информационная система № 2:



Требуется определить характеристики надежности:

1. 
   Вероятность безотказной работы каждой из систем в течение 200 часов.
   
2. 
   Среднее время их безотказной работы, а также проанализировать результаты расчета надежности.
   

3. Порядок выполнения работы

Порядок расчета:

1. 
   Определяем среднюю интенсивность отказов устройств, входящих в информационные системы:
   

2. 
   Определяем среднюю интенсивность отказов для каждой из систем:
   

2. 
   Определяем характеристики надежности для каждой из систем:
   

2. 
   Сравнение характеристик надежности систем показывает, что уменьшение (примерно на порядок) надежности одного из устройств систем ( ) приводит к снижению надежности системы в целом (к снижению вероятности безотказной работы ( )) примерно на порядок, к уменьшению примерно в 3 раза среднего времени безотказной работы ( ).
   

3.1 Общее резервирование элементов

Для условий примера расчёта из практической работы требуется оценить надёжность системы для случая общего резервирования (λ₀ = λ₁) при кратности резервирования m=1.

7.4726 * 10^-7

3.2 Поэлементное резервирование

Для условий примера расчёта из практической работы № 1 оценим характеристики надёжности при m = 1, n = 3, считая, что каждый элемент включает в себя 10³ однотипных (последовательных соединённых) звеньев. Вероятность безотказной работы системы равна:



*



Заключение

Системы, как отмечалось, представляют собой совокупности из множества элементов. Определение показателей надежности системы является более сложной задачей, чем определение надежности отдельного элемента. Для ее решения разработаны разнообразные методы. Классификация методов еще окончательно не сформировалась. Все методы определения надежности предполагают моделирование системы. Приемы построения модели в известной степени характеризуют и методы расчета надежности и могут составить основу их классификации.

Первую группу составляют расчеты по основным теоремам вероятности на основе структурно-функциональных схем системы.

Вторая группа - методы теории марковских процессов, моделирующих динамику изменения состояний системы.

Третья группа - статистическое моделирование случайного процесса перехода системы от состояния к состоянию (метод Монте-Карло).

В ходе выполнения практической работы мы рассмотрели расчет надежности при последовательном соединении элементов в котором, отказ хотя бы одного элемента приводит к отказу всей системы.

Библиографический список

1. 
   Голинкович Т.А. Прикладная теория надежности. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1985
   
2. 
   Методические указания к выполнению практических работ для студентов специальности 230201 «Информационные системы и технологии» очной и заочной форм обучения / составители : Л.И. Папировская, Т.Б. Ефимова. – Самара : СамГУПС, 2010. – 26 с.