104981 (Базовые сведения о надежности информационных технологий управления), страница 3

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:

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

2. 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:

1. только комплекса технических средств АСУ;

2. КТС АСУ и программного обеспечения АСУ;

3. КТС АСУ и персонала АСУ;

4. 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:

1. аналитическими;

2. вероятностного моделирования;

3. комбинированными, представляющими собой сочетание аналитических методов и методов моделирования;

4. 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:

1. путем организации и проведения специальных испытаний на надежность;

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

3. комбинированными методами, использующими оба эти направления;

4. 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:

1. 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;

2. 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;

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

4. проведение проектной оценки надежности АСУ при разработке технического проекта системы;

5. 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.

Одно из направлений комплексной автоматизации управления связано с созданием организационно-технологических АСУ, относящихся к таким разновидностям интегрированных АСУ (АСУОТ), в которой согласованно функционируют АСУ технологическими процессами (АСУТП) и АСУ организационно-экономического типа (АСУП). В процессе функционирования АСУОТ согласованно решаются объединенные в комплекс задачи АСУП и АСУТП, образующие функциональную часть АСУОТ (рис. 4.4). В этих условиях параметры надежности функционирования элементов АСУП и АСУТП, в качестве которых выступают персонал и средства обеспечивающей части, должны быть согласованы, что определяет необходимость согласованного распределения ресурсов на создание АСУП и АСУТП.

Согласованное распределение ресурсов между различными компонентами автоматизированных систем, например АСУТП и АСУП, ведет к формированию, объединенных единой базой интеграции и системной технологией, организационно-технологических АСУ.

АСУТП может быть представлена взаимодействующими элементами: “производственный персонал - средства автоматизации - технологическое оборудование”. Компенсацию потока различных нарушений в технологическом процессе обеспечивает система автоматизированного организационного управления (АСУП). Параметры элементов АСУТП и АСУП связаны между собой. Оба вида систем достаточно сложные, многоэлементные с большим числом состояний. Для таких систем и их объединения в виде АСУОТ справедливы соотношения, связывающие энтропию распределения параметров надежности элементов, определяющих состояния систем, вызванных ненадежностью работы персонала и средств АСУОТ.

Анализ совместного функционирования систем технологического и организационного управления позволяет решить важный вопрос стратегии автоматизации, оптимально распределить ресурсы, затрачиваемые на автоматизацию каждой из систем.

Надежность каждого из элементов АСУП и АСУТП характеризуется произведением величины Кг (коэффициент готовности), Ро (вероятность безотказной работы) и Рs (вероятность безошибочной работы).

Те же параметры надежности могут характеризовать работу персонала АСУТП, обслуживающего технологическое оборудование, а также персонала АСУП, обслуживающего организационное управление. Низкое значение произведения величин К_г, Р_s, Р_о в неавтоматизированной системе определяется значительными информационными ошибками. Взаимодействие персонала с устройствами АСУТП и АСУП направлено на улучшение параметра

R=K_гP_oP_s.

Информационные аспекты, связанные с оценкой деятельности персонала АСУП и АСУТП, позволяют оценить составляющие параметра R=K_гP_oP_s для персонала и его изменение в условиях автоматизированного управления.

Параметр состояния R в каждой системе (АСУТП или АСУП) определяет вероятность своевременного (К_г, безотказного (P_o), безошибочного (P_s) выполнения работ по управлению оборудованием (АСУТП) или управлению организационными процессами (АСУП). Тогда его можно представить в виде:

=1,2,...,2^m

где m - число элементов одного из типов в данной подсистеме АСУП или АСУТП (персонал, оборудование). Число состояний - 2^m. Энтропия² распределений элементов подсистемы .

В общем случае параметры К_г, Р_s, Р_о элементов подсистемы персонала зависимы от параметров элементов подсистемы оборудования АСУТП и АСУП. Это определяет необходимость нахождения энтропии подсистемы персонала как условной энтропии при заданном распределении параметров состояния подсистемы оборудования.

Энтропия - неопределенность состояния систем управления АСУТП или АСУП равна сумме энтропии подсистем персонала и оборудования . Для АСУТП , Для АСУП Н_а=Н_у+Н_р/у Для АСУОТ Н_S=Н_А+h_Б.

Схема взаимодействия объединенных в систему управления зависимых подсистем “производственный персонал — технологическое оборудование” (Б), и подсистемы автоматизации организационного управления - управленческий персонал” (А) приведена на рис. 4.5.

Общая энтропия системы , где  — условная энтропия подсистемы А при фиксированном уровне энтропии подсистемы Б. Если h_Б увеличивается, то очевидным следствием зависимости систем является увеличение потока информации, поступающего управленческому персоналу подсистемы А из-за возмущений в подсистеме Б, и увеличение необходимого объема данных для принятия управленческих решений. Возрастание потока информации при увеличении h_Б может быть проиллюстрировано на примере устранения управленческим персоналом средствами организационного управления таких возмущений подсистемы управления технологическими процессами, как необнаруженные нарушения в управляемом объекте. После внедрения комплекса средств автоматизации, позволяющих осуществить идеальное (в соответствии с параметрами базы интеграции) организационное и технологическое управление, управленческому и производственному персоналу, должен быть создан режим 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 могут создать персоналу режим, инвариантный к возмущениям определенного вида. В этом случае обозначим энтропию подсистем Н_N, h_N соответственно. Создание промежуточных по качеству подсистем А и Б, не обеспечивающих указанного условия, сохраняет зависимость между параметрами подсистем А и Б.

Сравнение величины .с позволяет выбрать направление автоматизации и решить вопрос об оптимальном распределении ресурсов для создания АСУП и АСУТП в составе АСУОТ при котором обеспечивается максимальный эффект автоматизации. Рассматриваемые связи отражены на рис. 4.6.