Эксплуатационное обслуживание

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Ж.-Д. ТРАНСПОРТА

Рекомендовано редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

для студентов направлений бакалавриата

“Информатика и вычислительная техника”,

“Информационные системы и технологии”

МОСКВА - 2014

УДК 681.518

С32

Сергеева И.В. Эксплуатационное обслуживание информационных систем ж.-д. транспорта: Опорный конспект лекций. – М.: МГУПС (МИИТ), 2014. – 75 с.

Изложены вопросы оценки и обеспечения эксплуатационных свойств информационных систем. Рассмотрены методы обслуживания технических и программных средств, а также вопросы конфигурационного управления при эксплуатационном обслуживании информационных систем. Особенность опорного конспекта состоит в том, что в тексте встречаются пропуски, которые требуют от студентов внимания к лекционному материалу для заполнения этих пропусков.

Для студентов направлений бакалавриата “Информатика и вычислительная техника”, “Информационные системы и технологии”.

Ил. 28, табл.2, библ. – 5 назв.

Рецензенты: к.т.н., проф. Шамров М.И. (МГУПС).

к.т.н., доцент Кузнецова М.Е. (ОАО

«Альфа Банк»).

ÓМГУПС (МИИТ), 2014

Оглавление

Лекция 1. Основные понятия и определения ................6 Лекция 2. Эксплуатационные свойства технических

объектов и систем ...........................................................10

Лекция 3. Составляющие процесса эксплуатационного обслуживания технических средств информационных систем ...............................................................................22

Лекция 4. Планирование сроков проведения профилактик по данным о приближении к отказам .....................31

Лекция 5. Подсистема контроля ....................................41

Лекция 6. Методы контроля ...........................................49

Лекция 7.Подсистема восстановления ..........................56

Лекция 8. Расчеты норм запасных элементов для объектов, находящихся в дежурном режиме ..........................63

Лекция 9. Обеспечение качества информации при эксплуатации информационных систем .............................67

Литература .......................................................................76

Принятые сокращения

АИС – автоматизированная информационная система

АК – аппаратура контроля

АРК – анализатор результатов контроля

АУ – арифметическое устройство

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь

ГВС – генератор входных сигналов

ГЭС – генератор эталонных сигналов

Д – датчик

ДВ – дестабилизирующее воздействие

ЖЦ – жизненный цикл

ЗИП – запасные части, инструменты, приспособления и материалы

ЗЭ – запасные элементы

ИС – информационная система

ИТ – информационные технологии

КП – компьютерная программа

КУ – конфигурационное управление

Н – нормализатор

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

ОТО – орган технического обслуживания

ПО – программное обеспечение

ПС – производственная система

ПЭО – подсистема эксплуатационного обслуживания

РОТО – районный орган технического обслуживания

СКД – система качества данных

СП – субподсистема

СТО – система технического обслуживания

СУ – сравнивающее устройство

ТО – технический объект; техническое обслуживание

ТП – технологический процесс

ТППД – технологический процесс переработки данных

УВВ – устройство ввода-вывода

УОТО – узловой орган технического обслуживания

УУ – устройство управления

ЦС – центральный склад

ЭО – эксплуатационное обслуживание

Лекция 1

Основные понятия и определения

Эксплуатация производственных систем ПС (в том числе АИС) – совокупность двух взаимосвязанных процессов: применения по прямому назначению и эксплуатационного обслуживания.

Рисунок 1.1 – составляющие процесса эксплуатации

Эксплуатационное обслуживание –

любой ПС (и АИС) АИС

Процесс, направленный на поддержание высокого качества функционирования системы.

Процесс, направленный на поддержание высокого качества услуг в сфере информационных технологий (ИТ-услуг).

Эксплуатационное обеспечение – совокупность методов, обеспечивающих процессы эксплуатационного обслуживания.

Качество ИТ-услуг – совокупность их характеристик, которые определяют соответствие услуг потребностям заказчика.

Управление эксплуатацией предполагает достижение такого состояния процесса функционирования системы, при котором все объекты управления (инфраструктура АИС и управляемые посредством АИС объекты) будут под контролем и в состоянии адекватно реагировать на управляющие воздействия.

Инфраструктура АИС, ИТ-инфраструктура – набор аппаратных и программных средств, позволяющих осуществлять совокупность действий в сфере информационных технологий, направленных на оказание ИТ-услуг. (Имеет место более широкое понимание ИТ-инфраструктуры, в состав которой включают также документацию, персонал и другие элементы АИС).

Цель управления эксплуатацией: ...............................

...............................................................................................

...............................................................................................

Для достижения цели управления должны осуществляться следующие процессы эксплуатационного обслуживания:

• ........

• ........

• ........

Учет вопросов эксплуатационного обслуживания в жизненном цикле АИС

Жизненный цикл (ЖЦ) АИС – совокупность взаимо-

связанных процессов создания и последовательного изменения состояния АИС, от формирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации и утилизации комплекса средств автоматизации.

Этапы ЖЦ АИС	Разработка отдельных вопросов ЭО
1. ........................................ ........................................	Разработка технического задания, в том числе на создание подсистемы эксплуатационного обслуживания АИС.
2. ........................................ ........................................	Разработка проектно-конструкторской и эксплуатационной документации. Создание учебных планов подготовки операторов и эксплуатационщиков.
3. ........................................ ........................................	Разработка системы управления эксплуатационным обслуживанием инфраструктуры АИС.
4. ........................................ ........................................	Подготовка персонала. Проведение опытной эксплуатации. Передача эталона ПО АИС и эксплуатационной документации в группу сопровождения.
5. ....................................... .......................................	Применение АИС по назначению и управление её эксплуатационным обслуживанием.

Примечания. Задания для самостоятельной работы:

1. Используя [1,3], изучить (и конспективно записать в тетради для практических занятий) основные процессы и результаты всех этапов ЖЦ АИС. Выделить те из них, которые относятся к эксплуатационному обслуживанию системы.

2. Используя [1,3], провести анализ особенностей эксплуатации АИС. Ответить на вопросы:

• В чём принципиальное отличие подсистем эксплуатационного обслуживания ПЭО-1 и ПЭО-2?
• Можно ли методы управления эксплуатацией, используемые в ПЭО-1, применять в ПЭО-2?
• Каковы особенности учёта процессов эксплуатации АИС?

Лекция 2

Объектов и систем

Эксплуатационные свойства технических средств

АИС

Общие .............................................   ..............................................   ..............................................   ..............................................   .............................................

Специальные .............................................   ..............................................   ..............................................   ..............................................   .............................................

Общие эксплуатационные свойства

• Безотказность (надёжность в узком смысле) – свойство объекта сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
• Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния* при установленной системе технического обслуживания** и ремонта.

*Предельное состояние – такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению либо восстановлению его работоспособности невозможно или нецелесообразно. (Признаки предельного состояния рассмотрены далее в этой лекции).

** Техническое обслуживание (ТО) – термин, принятый для обозначения эксплуатационного обслуживания технических объектов.

• Технологичность обслуживания – комплексное

свойство, отражающее различные этапы технического обслуживания.

Этапы ТО

Свойства

ü Подготовка к применению – проведение заправочно-снаряжательных операций и контроля за работоспособностью.   ü Профилактика – проведение технического обслуживания для повышения надёжности и долговечности объектов.   ü Восстановление – проведение ремонтных работ для восстановления заданных свойств объектов.

ü Подготовкопригод- ность – ............................... ............................................ ............................................ ............................................ ............................................ ............................................ ............................................   ü Профилактопри- годность – ........................ ............................................ ............................................ ............................................   ü Ремонтопригодность – ........................................... .............................................. ............................................... ...............................................

Показатели общих эксплуатационных свойств

технических средств АИС

Безотказность – изучают в курсе лекций по дисциплине “Теория надежности”.

Технологичность обслуживания

• Коэффициенты, оценивающие отдельные этапы технического обслуживания:

ü Коэффициент затрат труда

где Т_всп – трудоёмкость подготовительно-заключительных работ;

Т_осн – трудоёмкость основных работ.

ü Коэффициент основных работ

k_о.р = 1 – k_з.т.

ü Коэффициент совместимости.

ü Коэффициент степени автоматизации контроля и т.д.

• Комплексные показатели, зависящие как от тех-

нологичности обслуживания, так и от надёжности объектов.

ü Средние трудозатраты на техническое

обслуживание и ремонты, приходящиеся на единицу продукции или на час работы объекта.

• Экономические показатели

ü Удельные затраты – выраженные в стои-

мостных единицах суммарные затраты труда, материалов и запасных частей при выполнении технического обслуживания, приходящиеся за единицу продукции или на час работы объекта.

Недостатки: Перечисленные выше показатели не всегда можно использовать для сравнения технологичности обслуживания объектов.

Пример: Какой объект легче обслуживать?

Характеристики	Объект 1	Объект 2
Общая трудоёмкость выполнения работ	20 чел.-ч.	2 чел.-ч.
Трудоёмкость выполнения вспомогательных работ	4 чел.-ч.	1 чел.-ч.
Интенсивность отказов	10-6 1/ч	10-4 1/ч

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

Вывод: ...................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

• Функция L(t) технологичности обслуживания –

среднее значение доли L работ по эксплуатационному обслуживанию объекта, которую можно выполнить к рассматриваемому моменту времени t, отсчитываемому от начала обслуживания.

Наиболее универсальный показатель, который пока-

зывает предельные возможности обслуживания объекта при достаточном для выполнения работ количестве специалистов, средств обслуживания, материалов, деталей и правильном планировании работ.

• Плотность технологичности обслуживания

.

- характеризует долю работ, для которых среднее время выполнения лежит в интервале (t, t + dt).

Долговечность

• Технический ресурс – суммарная наработка объ-

екта до достижения предельного состояния.

• Срок службы – календарная продолжительность

эксплуатации до достижения предельного состояния.

Признаки предельного состояния

для невосстанавливаемых объектов	для восстанавливаемых объектов
...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................	...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................   ...........................................

Признаки предельного состояния устанавливаются нормативно-технической документацией на объект.

Назначение норм долговечности

Рисунок2.1 Возможные пути назначения норм долговечности

Специальные эксплуатационные свойства

• Технологичность применения – согласованность

характеристик технического средства и оператора.

• Приспособленность к определённым внешним

условиям работы (колебаниям температуры, давления, виброперегрузкам и т.д.).

Примечания.

1. Задания для самостоятельной работы студентов:

· Используя [3, прил.1 или лекции по дисциплине “Теория надёжности”], изучить (вспомнить) основные показатели надёжности (безотказности) технических объектов.

• Используя [3], изучить следующие вопросы:

формирование эксплуатационных свойств технических объектов; эксплуатационная документация технических объектов.

• Используя [3],ознакомиться с примерами

специальных эксплуатационных свойств технических объектов.

1. Для закрепления материала

разобрать решение примеров 1.1; 1.2; 1.3; 1.4

решить задачи 1.1; 1.2; 1.3; 1.4 [2].

Эксплуатационные свойства информационных

систем

а. ..........................................................................................

..............................................................................................

б. ............................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

в. ............................................................................................

................................................................................................

Живучесть ИС

Классификация способов оценки

По возможности анализа переходных процессов при появлении дестабилизирующих воздействий

По наличию исходных данных о дестабилизирующих воздействиях

Показатели живучести

• Статическая живучесть. Метод учёта

нарушений.

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

• Статистическая живучесть, метод учёта

отклонений.

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

• Динамическая живучесть, метод учета

отклонений.

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

Устойчивость ИС

Условие: за показатель качества функционирования системы принимаем её производительность.

• Показатели устойчивости ИС по отклонениям:

- ..........................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

- ..........................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

Здесь: Т_в – время действия ДВ;

Т_к – время ликвидации последствий ДВ;

.

• Показатели устойчивости ИС по средним

потерям:

- ..........................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

- .............................................................................

.................................................................................................

Здесь W₀ – предельно возможная производительность;

- .....................................................................................

.................................................................................................

• Показатели устойчивости ИС с учётом критиче-

ского значения показателя качества функционирования.

- .........................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

k_н.ф.- ......................................................................................

.................................................................................................

(аналог k_г).

Примечания: Задания для самостоятельной работы студентов:

• Изучить разделы “Оценка устойчивости ИС по

отклонениям” [3, стр. 34-37]; “Оценка устойчивости ИС по средним потерям” [3, стр. 37-40];

“Оценка устойчивости ИС с учётом критического значения показателя качества функционирования” [3, стр. 40-42].

• Записать в тетрадях для практических занятий

вывод формул для оценки показателей устойчивости функционирования ИС.

Лекция 3

Информационных систем

Подсистема контроля

Принципы контроля

Виды контроля

производственный:	эксплуатационный:
· предметов труда (для ИС.....................) · ТП (для ИС -..........)	· Средств труда (для ИС -...................... ......................................)

Цели контроля

Контроль технического состояния (работоспособности) устройств

Поиск причин неисправностей

Прогнозирование отказов

Задачи контроля

Что	Как	Чем
Какие параметры нужно контролировать?	Какой метод использовать?	Какие средства использовать?

• Выбор контролируемых параметров

Экспертные оценки:	Формальные методы уменьшения числа параметров:
ü составление общего списка параметров ü оценка значимости ü выбор наиболее значимых параметров	ü составление экс- пертами общего списка параметров ü выбор параметров на основе анализа статистических данных о значениях параметров и связях между ними.

Метод корреляционных плеяд

Исходные данные:

• Нормированная корреляционная матрица связей параметров объекта;
• Пороговое значение коэффициента связи параметров;
• Сведения о возможности (трудностях, безопасности процесса) контроля параметров.

Алгоритм выбора параметров:

• Построение графа связей параметров.
• Разрыв слабых связей, для которых значения коэффициента связи меньше порогового.
• Из каждой совокупности сильно связанных параметров (“плеяд”) выбираем один с учётом трудности и безопасности контроля параметров.

Построение графа связей параметров

• Находим в матрице связей максимальный по абсолютной величине (недиагональный) элемент k_ij.
• Параметры с номерами i и j обозначаем кружками и соединяем линией, над которой записываем значение коэффициента связи между ними.
• В строках i и j находим следующий после k_ij максимальный по абсолютной величине элемент, например ( ).
• Параметр с номером обозначим на графике кружком и соединяем с элементом j.
• В матрице связей вычёркиваем столбцы, соответствующие номерам i, j, .
• Среди оставшихся элементов строк j и находим максимальный по абсолютной величине элемент.
• Эти действия проводим до тех пор, пока на графике не будет столько вершин, сколько рассмотрено параметров.

Задание:

Построить граф связей параметров по данным табл.

5.1.

Таблица 5.1 – Нормированная корреляционная матрица связей параметров технического объекта

Рисунок 5.1 Граф связей параметров соответствующий таблице 5.1

Примечание: Для закрепления материала разобрать решение примеров 2.1; 2.2. Решить задачи 2.1.; 2.2 [2].

• Средства контроля состояния объекта

Рис.5.2 Классификация средств контроля

Автоматизированная аппаратура контроля

• Аналоговая

Рисунок 5.3 Структурная схема аналоговой АК

АРК – определяет, находится ли параметр в поле допуска;

Н – преобразует сигналы к стандартным уровням напряжения;

Д – преобразует все контролируемые параметры в электрические величины;

СУ – сопоставляет результаты измерений с эталонными значениями;

ГВС – вырабатывает испытательные сигналы;

ГЭС – вырабатывает эталонные сигналы соответствующие положительной реакции контролируемого объекта на испытательные сигналы.

Стандартные испытательные сигналы

При положительном результате испытаний АРК вы-

даёт сигнал в УВВ о работоспособности устройства. При отрицательном результате АРК выдаёт сигнал

в УУ; при этом проверяется работоспособность аппаратуры контроля и при положительном результате в УВВ выдаётся сигнал о неработоспособности устройства.

• Цифровая

Рисунок 5.4 Структурная схема цифровой аппаратуры контроля

АЦП – преобразователи “напряжение-код”, “частота-код” и др.

УУ – регулирует режимы и диапазоны измерений.

ОЗУ – хранит эталонные значения параметров.

АУ – сравнивает значения эталонных и контролируемых параметров.

АРК – осуществляет регистрацию положительного результата или вводит режим самоконтроля при отрицательном результате. При работоспособной аппаратуре контроля сообщение о неработоспособности контролируемого устройства выдаётся УВВ.

Лекция 6

• Методы контроля

Систематизация поиска отказавших элементов при отсутствии опыта эксплуатации

Опыт эксплуатации – это сведения о:

ü условных вероятностях отказа k-го элемента (k=1¸ n, где n – число элементов) при условии, что отказ объекта произошёл;

ü средних значениях времени выполнения проверок (к=1...n).

При отсутствии опыта эксплуатации предполагают:

ü ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ü ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Рисунок 6.1. Метод средней точки; а, в, с – первая, вторая и третья проверки соответственно

а – элементы 1¸4 дают положительный результат;

5¸8 отрицательный результат;

в – 5-6 – дают положительный результат

7-8 – отрицательный результат

с – 7 – отрицательный результат.

Систематизация поиска отказавших элементов с

учётом опыта эксплуатации объектов

Допущения:

ü все элементы требуют индивидуальной проверки;

ü последовательно проводимые проверки каждого элемента не дают сведений о состоянии других элементов.

Цель: определить метод, который минимизирует

среднее время поиска неисправности.

Находим среднее время поиска неисправного эле-

мента для двух способов организации проверок.

1 способ: Элементы проверяются в последователь-

ности 1, 2...k - 1, k, k + 1,…n

2 способ: элементы проверяются в последовательно-

сти1, 2...k -1, k + 1, k,…n

Пусть , при этом .

Условию соответствует соотношение

(6.1)

Организация проверок в соответствии с (6.1) называется “метод время-вероятность”.

Если для всех k, то проверки организуют ..........................................................................

Если для всех k, то проверки организуют ............................................................................................

Технологические схемы поиска неисправностей

Типовой узел схемы:

Х – .................................................................................

Y – ..................................................................................

...........................................................................................

Z – ....................................................................................

......................................................................................................................................................................................

Обозначение проверки П:

ü 1– непроверенный элемент;

ü 0 – проверенный элемент.

Обозначение результатов проверки:

ü 0 – положительный результат:

проверяемые элементы работоспособны;

ü 1 – отрицательный результат:

среди проверенных элементов есть неисправные.

Пример построения технологической схемы поиска

неисправностей

Рисунок 6.2. Технологическая схема поиска неисправного элемента в системе из 6 элементов: А, Б, В, Г, Д, Е.

Оценка достаточности совокупности проверок: возможность отыскать определённый неисправный элемент при любой последовательности проверок.

Алгоритм:

• Переписать каждое основное или дополнительное обозначение проверки П так, чтобы в разряде, соответствующему рассматриваемому элементу, всегда были нули.
• Обозначения проверок пишутся одно под другим и единицы в соответствующих разрядах складываются.
• Совокупность проверок достаточна, если в сумме во всех разрядах, кроме разряда рассматриваемого элемента, отсутствуют нули.

Пример:

Оценить достаточность проверок П₁₀₁₀, П₁₁₀₀, П₀₁₁₀ для отыскания неисправного элемента 2.

Применение технологической схемы поиска неисправностей для минимизации числа проверок

Допущение: значение среднего времени выполнения проверок одинаковы для всех элементов.

Исходные данные: условные вероятности отказа i-го элемента (i =1...n, где n – число всех элементов) при условии, что объект отказал.

Алгоритм:

• Обозначения элементов выписывают столбиком

в порядке уменьшения значений ;

• Последние два элемента с наименьшими значе-

ниями группируются вместе и значения складываются.

• В получившейся схеме ищут следующие два

элемента с наименьшими значениями , группируют и складывают значения .

• Последний этап продолжается до тех пор, пока не останется один элемент с =1.
• Находят число проверок, равное числу объеди-

нений на пути от рассматриваемого элемента до

последнего объединения элементов включительно.

• При построении технологической схемы учиты-

вают, что точкам объединений элементов соответствуют проверки на схеме состояний.

Пример построения оптимальной схемы поиска

неисправностей

Число проверок	Обозначение элементов

Рисунок 6.3 Получение оптимальной структуры схемы

поиска

Рисунок 6.4 Схема поиска, соответствующая

оптимальной структуре

Примечание:

Для успешного закрепления материала, проанализировать решение примеров 2.3; 2.5;

решить задачу 2.4 [2].

Лекция 7

Подсистема восстановления

Организация восстановления работоспособности ТО определяется структурой системы технического обслуживания

Структуры СТО

...........................   ............................	............................   ............................	............................   ............................
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _	_ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _	_ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Достоинства:	Достоинства:
..............................................   ..............................................	...............................................   ..............................................

Недостатки:	Недостатки:
..............................................   ..............................................	...............................................   ..............................................

Пример четырёхуровневой структуры

централизованной СТО

Рисунок 7.1 Структура централизованной СТО

ü ОТО – орган технического обслуживания при каждом техническом объекте

· Выполняет: ........................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

· Имеет: .................................................................

..................................................................................................................................................................................................

ü УОТО – узловой орган технического обслуживания.

· Выполняет: ........................................................

.................................................................................................................