Разработка программы для интерактивного выполнения расчета надежности ВС

      Производители обычно приводят среднюю статистическую наработку на отказ, тогда как в нормативно-технической документации это не указывается, т.е. может быть представлена как значение полученное из аналитической модели, так и экспертное.

      Под средним временем восстановления понимают математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния ВС после отказа. В настоящее время оценки времени восстановления основаны либо на статистических данных, либо на экспертных оценках. Однако для современных ВС необходимо точное и полное понимание требований к восстановлению, а следовательно, и понимание обоснованности затрат на повышение достоверности информации. В связи с этим необходимо учитывать зависимость времени восстановления от специфики информационно-вычислительной системы.

      Для определения времени восстановления важно проанализировать следующие аспекты для каждого процесса (или, например, для бизнес-функции или прикладной информационной системы):

      Необходимо  определить как долго ВС может не функционировать до тех пор, пока в организации ее использующей не начнутся финансовые и операционные процессы, которые могут привести к потере ее устойчивости, т.е краху.

      Важно также обосновать минимальный необходимый уровень обслуживания необходим. Следовательно, необходимо при анализе системы решить, нужен ли при восстановлении процесса нормальный уровень обслуживания или он может быть немного ниже в течение первых нескольких дней.

      Как много времени потребуется, чтобы  восстановить процесс до начального приемлемого уровня обслуживания?

      После определения времени восстановления необходимо учесть такие дополнительные факторы, как срок восстановления для выбора оборудования и программного обеспечения, наиболее отвечающих требованиям компании и соответствующих бюджету. Это позволит получить наиболее адекватную оценку показателя надежности.

      На  сегодняшний день в бизнес-информационных системах используется директивный срок восстановления (Recovery Point Objective, RPO) — это момент времени, к которому необходимо закончить восстановление системы. Этот показатель определяет допустимый объем потерь данных, измеряемый единицами времени. Иными словами, это время, которое проходит между моментами создания резервных копий. Сейчас нередко встречаются информационные системы, в которых этот параметр должен иметь порядок минут или даже секунд.

      В настоящее время большинство компаний оценивает директивное время восстановления фирмы, основываясь на статистических сведениях. Часть компаний использует экспертные оценки, производя опрос конечных пользователей информационных систем. Однако данные виды оценок не позволяют точно определить директивное время восстановления для конкретного предприятия. Для этого должна быть разработана специальная модель, позволяющую выявить требования, предъявляемые функциональным назначением системы и возможными потерями от нарушения ее функционирования, и на ее основе расчетов получить оценку директивного времени восстановления.

  2.4. Формирование обобщенного алгоритма проведения расчета  
надежности ВС

      При выборе конфигурации вычислительной системы, когда необходимо учитывать влияние на надежность только количества и типов элементов применяется ориентировочный расчет надежности. Такой расчет позволяет судить о принципиальной возможности обеспечения требуемой надежности вычислительной системы.

      На  основании рекомендаций ГОСТ можно выделить следующий порядок расчета надежности вычислительной системы.

      1.Формируется понятие отказа. Прежде чем приступить к расчету надежности, необходимо четко сформулировать, что следует понимать под отказом объекта (системы) и выделить для расчета только те элементы, которые ведут к отказу объекта. В частности, по всем элементам следует задать вопрос, что произойдет с системой, если откажет определенный элемент? Если с отказом такого элемента система отказывает, то в системе анализируемый элемент включается последовательно (относительно схемы расчета надежности).

      2. Составляется схема расчета надежности. Схему расчета надежности целесообразно составлять таким образом, чтобы элементами расчета были конструктивно оформленные блоки (звенья), которые имеют свои показатели надежности, техническую документацию, нормативы содержания и другие документы. Если в расчетах эти элементы работают не одновременно, то целесообразно такие элементы распределять по времени их работы на группы и образовать из этих групп самостоятельные блоки расчета. На схеме расчета надежности желательно указывать время работы каждого расчетного элемента.

      3. Выбирается метод расчета надежности. В соответствии с видом расчета надежности выбираются расчетные формулы, и для определения интенсивности отказов системы по соответствующим таблицам и номограммам определяются величины интенсивности отказов элементов. При наличии ведомостей режимов работы элементов вычисляются поправочные коэффициенты для уточнения интенсивности отказов всех элементов. Если в течение времени работы системы элементы имеют не постоянную интенсивность отказов, но существуют четко выраженные временные интервалы, где интенсивность отказов элементов постоянна, то для расчета используется так называемая эквивалентная интенсивность отказов элемента. Так, если интенсивность отказов элемента за период времени t1 равна l 1, за последующий период t2 равна l 2 и т.д. Тогда интенсивность отказов элемента за период времени

      будет

       .

      4. Составляется таблица расчета интенсивности отказов системы с учетом всех расчетных элементов схемы.

      5. Составляется таблица с учетом всех элементов схемы и режимов их работы для окончательного расчета надежности с использованием поправочных коэффициентов.

      6. Рассчитываются количественные характеристики надежности.

      Данные  расчеты заносят в типовые  таблицы, в которых на основе найденной интенсивности отказов определяются другие показатели надежности.

      Алгоритм  представлена на рис. 7.

      Для расчета надежности по представленному  алгоритму необходимо:

1. определить вид соединения элементов расчета надежности;
2. установить типы элементов, входящих в систему и количество элементов каждого типа;
3. получить справочные данные  интенсивности отказов каждого типа элемента и экспертные оценки интенсивности восстановления или времени восстановления компонента.

Рисунок 8. Алгоритм проведения расчета

      Для обеспечения понятности и наглядности  расчеты согласно ГОСТу должны быть представлены в виде технического отчета, который должен содержать:

      1) структурную схему надежности  с кратким пояснительным текстом;

      2) формулировку понятия отказа  системы;

      3) расчетные формулы для определения  количественных показателей надежности;

      4) расчет показателей надежности. 

Выводы  второй части

      1. При выборе конфигурации ВС для принятия решения о принципиальной возможности обеспечения требуемой надежности наиболее предпочтителен ориентировочный расчет надежности с применением структурных методов расчета. Так как для использования этих методов достаточно знать структуру системы, номенклатуру примененных компонентов и их количество. А полученные результаты позволяют определить рациональный состав элементов вычислительной системы и наметить пути повышения надежности.

      2. В результате анализа методик структурного расчета надежности определены алгоритмы выполнения вычисления коэффициента готовности для каждого вида соединений, сформулирована оптимальная схема парного расчленения соединения сложной надежностной схемы, обеспечивающая простоту и необходимую точность вычислений.

      3. Предложенный алгоритм позволяет на основе составленной надежностной схемы, представленной в виде последовально-параллельного соединения компонентов и справочных данных проводить ориентировочный расчет надежности.

3. Разработка программы для интерактивного выполнения расчета надежности ВС

3.1. Описание разработанной программы расчета надежности ВС

      Расчет  надежности системы любого уровня сложности  является одной из основных инженерных задач. Такая работа проводится на всех стадиях жизненного цикла системы и цели такого расчета соответствуют этапам жизненного цикла системы.   Целями такого расчета является:

      обоснование количественных и качественных требований по надежности, и вытекающих из этого требований к конструктивным и функциональным принципам построения устройства(системы) в целом и его составным частям;

        проверка  выполнимости  этих  требований и коррекция их  при необходимости, обоснование и дальнейшая коррекция требований к вспомогательным ресурсам, которые могут быть задействованы в процессе работы устройства;

      сравнительный анализ различных вариантов построения устройства и выбор, на этой основе  оптимального варианта;

      определение достигнутого (ожидаемого) уровня обеспечения  надежности,  значений параметров и свойств , которые характеризуют надежность объекта проектирования в целом и его составных частей.

      Проектирование  программы структурного расчета  надежности системы преследует цели усовершенствования процесса ориентировочного расчета  надежности для принятия решения о принципиальной возможности обеспечения требуемой надежности ВС.

      Основное  применение разработанного программного средства заключается в выполнении предварительных расчетов вычислительных систем для сравнительного анализа различных вариантов построения устройства(системы) и обоснование выбора оптимального варианта  на этапе проектирования, т.е выбора конфигурации, состава и типов серийно выпускаемых компонентов.

      Основным  принципом, на котором  базируется разработанная программа расчета является возможность итеративного проведения расчета системы, состоящей из множества элементов.  Итеративность заключается в последовательном расчете параметров системы, состоящей из двух элементарных частей, для каждой из которых уже известны параметры, количественно характеризующие надежность. Минимальная составная  система, которая может быть организована из двух таких элементарных частей подразумевает только два вида их соединения — параллельное или последовательное. В обоих случаях, расчет параметров такой системы является несложной задачей. После расчета характеристик, такая минимальная система может быть рассматриваема  как один элемент  с известными параметрами,   т.е. черный ящик и может быть объединена как параллельно так и  последовательно с другими частями (элементарными или составными, с уже рассчитанными для них характеристиками надежности).

      Основное  преимущество такого подхода заключается  в том, что расчет может происходить  непосредственно при построении схемы системы и дает информацию для анализа более оперативно, чем это могло бы быть при расчете системы после завершения построения структурной схемы.

      Входными  данными для проведения расчета  являются – среднее время безотказной  работы (средняя наработка на отказ) и среднее время восстановления. Допускается ввод только целых значений, единица измерения – час.

      Выходной  информацией, т.е. результатами расчет являются - коэффициент готовности, среднее время безотказной работы  и среднее время восстановления всей системы. Дополнительным результатом можно считать визуальный эффект, выражаемый в построении надежностной схемы системы, сопровождающей выполнение расчетов.

      Исходя  из вышеописанных положений и принципов, основные требования при проектировании программы расчета можно обозначить следующим образом:

      простота  пользовательского интерфейса;

      возможность итеративного построения структурной  схемы из простых элементов, с  возможностью

      параллельного и последовательного соединения частей в графическом виде;

      возможность одновременного расчета параметров системы на основе вводимых на каждом этапе данных.

      Структура программы состоит из двух составляющий – файл проекта и расчетно-иллюстративный модуль.