научная статья по теме Автоматизация оценивания вероятности безотказной работы программной системы с применением алгоритма разрезания Биология

Текст научной статьи на тему «Автоматизация оценивания вероятности безотказной работы программной системы с применением алгоритма разрезания»

9. Маккаффри Д. Искусственный интеллект: Метод роя частиц // Журнал MSDN Magazine Август 2011.

10. Плотников А.А. Применение генетических алгоритмов комбинирования эвристик и метода роя частиц в задачах построения оптимального расписания / А.А. Плотников, И.Н. Блок // Сборник научных трудов Российской научно-практической конференции «Автоматизированные системы и информационные технологии», Новосибирск, НГТУ, 22.09.2011

11. Субботин С.А., Олейник Ан.А., Олейник Ал.А. Интеллектуальные мульти-агентные методы. Часть III// Фрагменты рабочих материалов монографии.

12. Танаев В.С., Сотсков Ю.И., Струсевич В.А. Теория расписаний. Многостадийные системы. М.: Наука, 1989. 328 с.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЦЕНИВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛГОРИТМА РАЗРЕЗАНИЯ

Калиберда Е.А., Федотова И.В., Лазарев А.А.

Омский государственный институт сервиса, Омск, Россия

В настоящей статье представлено программное приложение разработанное для предприятий малого бизнеса. Приложение позволяет оценить в автоматическом режиме вероятность безотказной работы, как одного из основных показателей надёжности системы. В качестве одного из рабочих алгоритмов предлагается алгоритм разрезания.

Ключевые слова: предприятия малого и среднего бизнеса; логическая функция; метод минимизации; алгоритм разрезания; надежность программной системы; вероятность безотказной работы.

AUTOMATION OF ESTIMATION OF PROBABILITY OF NO-FAILURE OPERATION OF PROGRAM SYSTEM WITH APPLICATION OF ALGORITHM OF CUTTING

Kaliberda E.A., Fedotova I.V., Lazarev A.A.

Omsk state institute of service, Omsk, Russia

This article presents a software application designed for small business. The application allows you to evaluate probability in the automatic state as one of the main indicators of the system's reliability. As one of the working algorithms algorithm cutting is proposed.

Keywords: enterprises of small and midsize businesses; logical function; minimization method; reliability; algorithm of cutting; probability of no-failure operation

Важность развития предприятий малого и среднего бизнеса (ПМСБ) сегодня неоспорима, как для развитых, так и для развивающихся стран, так как именно они предоставляют миллионы рабочих мест, способствуя, тем самым экономическому развитию большинства стран.

Однако, только предприятия, использующие самые новые технологии, имеют возможность оставаться конкурентоспособными на фоне всеобщей глобализации.

Подходы к ведению бизнеса малыми предприятиями и крупными фирмами существенно отличаются. Согласно исследованиям [4] эти отличия состоят прежде всего в ограниченности ресурсами, особенно финансовыми и информационно-технологическими. И как, следствие этого, в бессистемном и несогласованном использовании информационно-коммуникационных технологий.

Авторами статьи [1] был проведён статистический опрос среди представителей фирм малого бизнеса, занимающихся разработкой программных продуктов различного назначения, результаты которого свидетельствуют о том, что оценка характеристик качества программного продукта, в целом, и наиболее важной характеристики, такой как надёжность, в частности, проводится слабо или не проводится вообще. Причиной этого является, с одной стороны финансовая недоступность существующих автоматизированных средств оценки и их особая специфика [2], с другой стороны - отсутствие программных средств, специально разработанных для предприятий малого бизнеса, с учётом их ограниченности в ресурсах.

Надежность современных автоматизированных систем управления технологическими процессами является важной составляющей их качества и необходимым условием обеспечения безопасности различных объектов. Научно обоснованный анализ надежности и безопасности автоматизированных систем предусмотрен требованиями государственных и международных стандартов. Готовность организаций и предприятий, разрабатывающих и эксплуатирующих сложные программные системы, выполнять анализ их надежности и безопасности является обязательным условием государственной и международной сертификации. Такой анализ необходим практически на всех этапах жизненного цикла системы и, прежде всего, на стадиях проектирования, внедрения и промышленной эксплуатации. Поэтому проблема надежности - комплексная проблема и решать ее необходимо на всех этапах и разными средствами.

На этапе проектирования системы определяется её структура, производится выбор или разработка аппаратной и программной составляющих, поэтому здесь имеются наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надежности. Основным методом решения этой задачи являются расчеты показателей надежности (в первую очередь -безотказности), в зависимости от структуры объекта и характеристик его составляющих частей, с последующей необходимой коррекцией проекта.

Одним из наиболее важных показателей надёжности сложной системы является вероятность безотказной работы (ВБР), автоматизация оценки которого упрощает задачу определения других важных показателей надёжности, т.е. решение задачи оценки надёжности системы в целом.

Первым важным этапом при решении любой задачи теории надёжности является выбор метода или подхода к решению данной задачи.

Автоматизация расчёта надёжности программной системы

В качестве одного из подходов к расчёту программной системы на надёжность можно использовать логико-вероятностный метод, который позволяет достаточно точно вычислить надежность структурно-сложного соединения и проанализировать влияние отдельного элемента на надежность всей системы.

Процесс автоматизации логико-вероятностного метода расчёта надёжности, при условии предварительного расчёта вероятностей безотказной работы отдельных элементов системы, включает в себя несколько этапов, наиболее важными из которых являются:

• минимизация логической функции

• построение многочлена расчетной вероятностной функции

Варианты программной реализации каждого из этапов и используемые для этого программные и математические методы могут быть различными в зависимости от квалификации и предпочтений разработчиков.

Существующие методы минимизации функций алгебры логики (ФАЛ) условно можно разделить на таблично-графические (метод проб, метод импликантных матриц, метод минимизирующих диаграмм, метод Квайна-Мак-Класки и др.) и алгебраические (алгоритм разрезания, алгоритм ортогонализации и др.). В рассматриваемой версии программного приложения оценки надёжности в качестве рабочего метода минимизации используется алгоритм разрезания [3].

Алгоритм разрезания позволяет получить форму полного замещения (ФПЗ) логической функции, т.е. произвести одновременную замену всех логических переменных их вероятностными функциями.

В общем случае структурная функция работоспособности системы имеет форму произвольной ФАЛ и поэтому непосредственный переход к функции надежности, как к вероятностной функции, по правилам замещения невозможен.

Алгоритм разрезания основан на возможности применения формулы разложения Шеннона для двоичных переменных, согласно формуле разложения, исходную структурную функцию можно представить в виде х±У! (11,Х)У^уо(01,Х) (1)

Таким образом, если аргумент х0 функции у является совместной двоичной переменной, то преобразование (1) дает нам возможность перейти к дизъюнкции двух несовместных высказываний, причем в первое высказывание аргумент х1 входит своим утверждением, а во второе - отрицанием.

Аргументы х0 и х1 можно принять за несовместные гипотезы, образующие полную группу и, следовательно, есть все основания применить формулу полной вероятности. Необходимость представления функций у и у0 в ФПЗ требует повторения процедуры разрезания несколько раз, пока не будет достигнута требуемая форма. На первом шаге разрезание функции у(Х) производится по той из переменных х, которая большее количество раз встречается в выражении функции. После первого шага получают разложение (1). Затем функции у1 и у0 упрощаются по правилам алгебры логики (если это возможно) и анализируются на предмет наличия в них, повторяющихся переменных. При наличии таких переменных процедура разрезания применяется уже к У1 и У0-

Операция разрезания проводится до тех пор, пока на очередном шаге не окажется, что ни в одну функцию, ни одна переменная не входит более одного раза. Таким образом, получаем дизъюнкцию, каждый член которой представляет собой бесповторную ФАЛ, в общем случае произ-

вольную. Применив кy гдеy - множество индексов типа 0,1,01,11,..., правила де Моргана, получим бесповторную ФАЛ в базисе конъюнкция-отрицание. Такая форма ФАЛ является ФПЗ. Результат достигнут и можно произвести замену логических переменных вероятностными функциями, тем самым перейти непосредственно к расчёту надёжности системы.

При моделировании структурно-сложных систем большой размерности применение алгоритма разрезания в ручном режиме становится весьма затруднительным. Алгоритм достаточно хорошо подаётся автоматизации и даёт корректный результат, однако, в силу причин, обозначенных ниже, популярностью у разработчиков программных приложений не пользуется.

Структура программного приложения включает в себя следующие модули:

• модуль внешнего вида программы;

• модуль набора стилей для настройки внешнего вида программы;

• модуль, содержащий базу правил преобразования;

• управляющий (main) модуль, для соединения частей программы.

База правил преобразования включает в себя, как правила перехода

от логического выражения к вероятностной функции, так и правила преобразования сложной логической функции к минимальной бесповторной форме.

При работе алгоритма программа должна постоянно анализировать текущее алгебраическое выражение и осуществлять его преобразования в соответствии с правилами, содержащимися в созданной базе, если необходимого правила в базе нет, существует возможность их добавления. Таким образом, разработанное программное приложение представляет собой вариант обучаемой системы. Именно необходимость подобного анализа является наиболее сложной для реализации и заставляет разработчиков отказываться от применения алгоритма разрезания.

Главное окно про

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»