Транспорт
Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте
Достиярова А.М., кандидат технических наук, и.о. доцента Казахской академии транспорта и коммуникации им. М. Тынышпаева
ТЕОРИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕВОЗОЧНЫМ ПРОЦЕССОМ
Объектом исследования современной теории надежности является изделие: техническое устройство или техническая система. Предмет исследований - процессы отказов и восстановлений изделия. По этой причине приняты следующие основные показатели надежности изделия: среднее время до отказа, частота отказов, вероятность безотказной работы, среднее время восстановления, коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности, коэффициент сохранения эффективности (для многофункционального изделия при наличии в нем отказов). Эти показатели позволяют спрогнозировать, рассчитать, оценить объем суммарного времени, затрачиваемого на ремонты изделия в течение заданного длительного интервала работы, рассчитать количество отказов и восстановлений, вероятность отказа и др. В целом классические методы теории надежности ограничиваются расчетами нерезервированных и резервированных систем и позволяют выбрать рациональную стратегию обеспечения безотказности и восстанавливаемости изделия [1, 2].
Известные методы теории надежности не предназначены для расчетов правильности получения промежуточных и выходных результатов в вычислительных и информационных сетях, правильности выполнения вычислительных и информационных процессов в информационно-управляющих системах (ИУС), эффективности применения тех или иных способов защиты от ошибок.
Рис. 1. Результаты правильного исполнения случайных процессов
259
На рисунке 1 показаны два случайных процесса и выходные результаты их правильного исполнения. Первый процесс - это случайная последовательность поступления заявок 1, 2, 3, 4, 5, ... на выполнение предусмотренных задач. Второй процесс - это временная последовательность выполнения задач (обслуживания заявок), а также устранения ошибочных результатов. Выходные результаты - это вероятности правильного решения задачи (Р¡,Р2,Р3,... ), либо вероятность возникновения функционального отказа (Оз).
Проведенный анализ отказов, сбоев и ошибок свидетельствует о том, что в информационно-управляющей системе центр тяжести обеспечения надежности находится в области проблем расчета и обеспечения правильности выполнения функциональных задач (рисунок 1), а не в области расчета и обеспечения безотказности и восстанавливаемости технических средств, как это имеет место в других технических системах. Поэтому следует развивать в рамках общей теории надежности направление функциональной надежности ИУС на железнодорожном транспорте.
Объектом исследования функциональной надежности примем многофункциональную, иерархическую информационно-управляющую систему. Предметом исследования - процессы возникновения, обнаружения и устранения ошибок в промежуточных и выходных результатах работы системы, вызванных собственными и привнесенными извне ошибками и связанными с характеристиками потоков заявок, поступающими на обслуживание (на выполнение предусмотренных функциональных задач).
Пусть ИУС в текущий момент времени выполняет q функциональных задач. Каждая задача реализуется одной или группой программ и описывается набором параметров.
Совокупность возможных значений параметров 1-й задачи (■ е д, где д - количество решаемых задач) обозначим г,. Множество г включает в себя подмножество XI параметров надежности технических средств, привлекаемых для выполнения 1-й задачи, и подмножество у параметров надежности программ, обеспечивающих реализацию данной задачи, т.е. с Г и У, с Г.
Множество Я = (г1:г2,..., гд ) значений параметров всех задач, выполняемых в текущий момент времени, представляет собой мгновенный образ вычислительной среды ИУС, характеризующий состояние ее функционирования в этот момент времени. Обработка этого образа может осуществляться различными способами. Типичный вариант обработки - это нахождение центра тяжести Я образа. В простейшем случае центр тяжести может быть вычислен как средневзвешенное значение мгновенных характеристик г,. Координаты центра тяжести Я образа определяют состояние функционирования вычислительной среды ИУС. Они зависят от возможных значений параметров Х= (х!,х2,..., Хд) технических средств, привлекаемых для текущего выполнения д задач и от возможных значений параметров У=(у1, у2,... ,Уд ) реализуемых программ.
Вследствие возникновения и устранения ошибок при выполнении любой из д функциональных задач координаты центра тяжести меняются во времени - имеет место случайный процесс Я (у. Отдельные реализации этого процесса будем называть траекториями процесса смены состояний g, а множество траекторий обозначим О, т.е. gе О. Отсутствие ошибок в результате выполнения любой из функциональных задач на всем интервале времени 1 соответствует траектории g0.
Рассмотрим теперь множество и=(/_/,/2,...,//) значений параметров информационного процесса, выполняемого в ИУС в текущий момент времени. К этим параметрам относятся скорость передачи информации, искажения информационных посылок вследствие помех, количество битов в сообщениях, временные задержки в информационных обменах и др. Информационный процесс представляет собой случайный процесс Щ{).
Помимо образов Я и П, характеризующих свойства функциональной надежности вычислительного и информационного процессов в ИУС, следует учитывать параметры внешних
260
факторов, обусловленные воздействием внешней среды на систему. К ним относятся: параметры потоков заявок, которые в случайные моменты поступления определяют требуемое количество технических средств для обслуживания заявок, каналов для передачи сообщений; параметры оперативности обработки и передачи информации и др. Совокупность возможных значений параметров )-го внешнего фактора )е т, где т - количество учитываемых внешних факторов) обозначим 2). Вектором 2=(2г,22,..., 2т) определяются значения параметров внешних факторов, которые известны в текущий момент времени.
Введем функцию работоспособности Ф(Я, и,2, I), которая определяет способность ИУС в течение времени / правильно выполнять различные группы составных функциональных задач, правильно принимать и передавать сообщения в соответствии с изменяющимися во времени параметрами внешних факторов.
Все множество состояний системы разделяется на два подмножества
^ ф и 5ф =5
где Бф - подмножество состояний функционирования ИУС, а 5ф - подмножество состояний
с уровнями работоспособности ИУС ниже допустимого. Подмножество Бф также разделяется на два подмножества Б0^ 5!=5ф, где Б0 - состояния, в которых обеспечивается номинальная работоспособность ИУС вследствие того, что все запрошенные задачи выполнялись правильно и в полном объеме, а также правильно принималась и передавалась вся предусмотренная информация. Это объясняется отсутствием ошибок в системе или хотя бы в тех средствах, которые привлекались для выполнения запрошенных задач; Б] - состояния пониженной работоспособности ИУС. Состояния Б] также можно разделить на группы подмножеств, упорядочив их по степени снижения уровней работоспособности
511 3 512 3 513... 3 512 ,
где Бц и - граничные с подмножествами Б0 и соответственно Бф подмножества состояний пониженной работоспособности. При этом подмножества состояний З^Бц (к <) ) являются промежуточными между подмножествами состояний Бц и 812.
В принятых терминах под функциональным отказом ИУС понимается переход процессов
Я и (или) Пф из одного подмножества 8« в другое Бц (Бу с Бк (или даже в Бф) с худшим
значением функции работоспособности Фу<Фк. Уровню номинальной работоспособности Ф0 соответствует подмножество состояний Б0.
Частичные функциональные отказы имеют место в тех случаях, когда переходы процессов Я и (или) П(0 из одного подмножества в другое с пониженным уровнем работоспособности осуществляются в пределах множества Бф.
Полный функциональный отказ ИУС наступает при ее переходе из подмножества состояний Si с Бф в подмножества состояний Б) с Бф, когда уровень работоспособности системы меньше допустимого Ф) < Фдоп.
Таким образом, функциональная надежность ИУС есть ее способность правильно выполнять предусмотренные целевые задачи в условиях взаимодействия с внешними объектами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Можаев А.С. Общий логико-вероятностный метод анализа надежности сложных систем. Уч. пособие. - Л.: ВМА, 1988. - 68 с.
2. Черкесов Т.Н., Можаев А.С. Логико-вероятностные методы расчета надежности структурно--сложных систем // В кн. «Надежность и качество изделий». - М.: Знание, 1991. - С. 3-65.
261
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.