Цель. В работе анализируется влияние информационной избыточности на показатели надежности функционирования распределенных автоматизированных информационных систем. Рассмотрена информационная избыточность в виде оперативного резерва и архивов магнитных носителей, размещенных в узлах системы. Методы. Использованы понятия теории вероятностей и Марковских процессов. Результаты. Проанализированы показатели надежности функционирования распределенных информационных систем и влияние на эти показатели оперативного и восстановительного резервирования массивов данных. Выполнен анализ эффективности использования трех стратегий оперативного резервирования в распределенных системах. Выводы. Использование информационной избыточности значительно увеличивает надежность и эффективность работы распределенных систем. В то же время данный вид избыточности требует некоторого увеличения эксплуатационных затрат.

Цель. Объектами рассмотрения являются технические системы (машины и оборудование), состояние которых в процессе работы ухудшается, однако может быть улучшено при проведении (капитального) ремонта. Объекты подвергаются случайным отказам. После очередного отказа объект можно отремонтировать или утилизировать. Необходимо назначить новому или прошедшему ремонт объекту срок очередного планового ремонта, а в отношении отказавшего объекта – принять решение о его внеплановом ремонте или утилизации. Мы решаем задачу оптимизации подобной ремонтной политики. При этом оказывается важным учесть влияние ремонтов, во-первых, при выборе подходящих измерителей состояния объекта, определяющих основные его эксплуатационные характеристики, и во-вторых, при достаточно адекватном описании динамики технико-экономических показателей объектов. Методы. Для назначения сроков проведения плановых ремонтов обычно строятся экономико-математические оптимизационные модели, чему посвящено огромное количество публикаций. В них используются разные критерии оптимальности: вероятность безотказной работы в течение заданного периода времени, средние затраты на ремонт за срок службы или в единицу времени и другие. Между тем, такого типа критерии не учитывают меняющуюся производительность деградирующих объектов и не в полной мере отвечают коммерческим интересам предприятий, владеющих объектами. Более адекватным в подобных задачах является критерий максимума ожидаемых суммарных дисконтированных выгод, принятый в теории оценки эффективности инвестиционных проектов и теории стоимостной оценки и ориентированный, в конечном счете, на максимизацию стоимости предприятия. Соотношения модели связывают поток приносимых объектом выгод с его основными характеристиками (опасностью отказов, операционными затратами, производительностью), которые, в свою очередь, зависят от состояния объекта. Состояние неремонтируемых объектов обычно характеризуется их возрастом (наработкой). Но у ремонтируемых объектов характеристики существенно меняются после ремонта, и их динамику в последние годы описывают различными моделями, используя предложенный Кидзимой показатель виртуального возраста (аналогичный показатель эффективного возраста давно уже используется при стоимостной оценке зданий, машин и оборудования). Это позволяет связать характеристики объектов в первом и последующих межремонтных циклах. Однако анализ показывает, что подобный показатель не позволяет учесть неустранимый физический износ ремонтируемых объектов. В статье предлагается иной подход к описанию состояния такого объекта, лишенный указанного недостатка. Выводы. Построена и проанализирована экономико-математическая модель оптимизации ремонтной политики, ориентированная на максимизацию рыночной стоимости владеющего объектом предприятия. Предложено описывать состояние объекта двумя показателями – возрастом в начале текущего межремонтного цикла и временем работы в текущем цикле. Упростить зависимости характеристик объекта от его состояния оказывается возможным, используя общую идею моделей Кидзимы, но более адекватно учитывая неустранимый физический износ объекта. Проведены экспериментальные расчеты, показывающие сокращение сроков плановых ремонтов с увеличением возраста машины в начале межремонтного цикла. Дана критическая оценка некоторых известных ремонтных политик.

Цель. Рассмотреть конструкторско-технологический подход к обеспечению заданной надежности на основе инженерных дисциплин и конструкторско-технологических способов обеспечения качества и надежности на примере уникальных высокоответственных изделий с малой наработкой. Такой подход, в отличие от статистических правил современной теории надежности, позволяет увязать расчеты показателей надежности с результатами расчетов параметров работоспособности и установленными расчетными критериями, которые должны быть выполнены в подтверждение заданных показателей надежности для изделий с неопределенным числом критичных элементов, каждый из которых функционирует с использованием разных по своей природе принципов действия. Методы. Рассмотрены предпосылки для реализации конструкторско-технологического подхода к надежности, такие как специфика обеспечения надежности уникальных высокоответственных изделий с малой наработкой, вопросы целесообразности применения конструкторско-технологического подхода к надежности, особенности влияния генезиса на обеспечение конструкторско-технологической надежности, модели поведения технических изделий в смысле надежности и особенности расчетов высокоответственных изделий. Выявлено, что для изделий с высоким уровнем заданной вероятности безотказной работы, превышающей трехсигмовый диапазон изменения случайной величины, расчеты надежности необходимо производить не путем определения функции надежности, а в виде доказательства того, что функция ненадежности меньше допустимой величины, что в конечном итоге и обеспечивает заданную надежность. Такой подход приводит к развитию методов раннего предупреждения отказов на основе процедур проведения конструкторско-технологического анализа надежности для достижения требуемых показателей функциональности, работоспособности и надежности изделий на базе обобщенной параметрической модели функционирования. Результаты. Конструкторско-технологический анализ надежности позволяет обосновать условия для безошибочного проектирования (выбора обоснованных принципов работоспособности и подтверждения инженерных решений для достижения заданных показателей надежности). Результат использования условий безошибочного проектирования в сочетании с соблюдением условий бездефектного проектирования (соблюдение общепринятых принципов, правил, требований, норм и стандартов разработки чертежей) и бездефектного производства (работы в строгом соответствие с требованиями чертежей без карточек разрешений на отступления) позволяет конструктору достигнуть заданных значений надежности без статистических методов современной теории надежности. Заключение. Надежность как комплексное свойство характеризуется вероятностью, которая, с одной стороны, определяет частоту возникновения возможных отказов, а, с другой стороны, указывает на число ошибок инженеров, совершенных при разработке, изготовлении и эксплуатации изделий, которые могут привести к отказам. Причем частота отказов определяется усилиями инженеров, которые направлены на исключение или смягчения последствий возможных отказов на каждой из стадий жизненного цикла. Чем больше будет предпринято таких усилий и чем раньше они будут применены, тем надежность изделий будет выше. В конечном итоге надежность обусловлена последовательным и методичным выполнением процедур безошибочного проектирования, бездефектного проектирования и бездефектного производства, эффективность которых никак не привязана к серийности изделий. Их эффективность и результативность определяется конкретными решениями и действиями инженеров, обеспечивающих выполнение изделием требуемых функций с заданными показателями надежности в установленных режимах и условиях применения. Для этого вполне достаточно использовать инженерные дисциплины и конструкторско-технологические способы обеспечения качества и надежности.

Идеальным вариантом в задачах оценивания является использование несмещенной оценки с минимальным уклонением (дисперсией), если такая оценка существует. В настоящее время нет инструментов получения несмещенных оценок (если они существуют!). Например, полученная методом максимального правдоподобия (план испытаний NBT) оценка средней наработки до отказа Т_ср = (суммарная наработка)/(число отказов) является сильно смещенной. Такое положение дел не может устроить тех, кто занимается решением прикладных задач. Эффективными несмещенными оценками пользуются всегда, когда они существуют. Если невозможно найти эффективную несмещенную оценку в смысле среднеквадратического уклонения, то следует научиться сравнивать смещенные оценки. Подавляющее большинство задач связано с оценками, имеющими смещение. В классе смещенных оценок следует искать оценки с минимальным смещением, а среди них – с минимальным уклонением. Именно такие оценки следует называть в классе смещенных оценок эффективными по смещению или просто эффективными, что не противоречит классическому определению, а лишь расширяет его. Такой процесс поиска гарантирует получение оценок с хорошими точностными характеристиками. Однако при таком определении эффективной оценки по смещению всегда найдется вариант сравниваемых оценок, когда суммарное смещение одной оценки незначительно превалирует над суммарным смещением другой оценки, и то же самое происходит над суммарными уклонениями этих оценок, но уже в другом порядке. В такой постановке задачи формальный выбор эффективной по смещению оценки становится невозможным и имеет произвольный характер, т.е. выбор эффективной по смещению оценки принимается испытателем по интуиции. В этом случае выбор испытателя может стать неверным. Поэтому возникает задача построения критерия эффективности на основании которого выбор эффективной по смещению оценки становится формальностью. Цель работы. Целью работы является построение критерия эффективности на основании которого выбор эффективной по смещению оценки однозначно определяется расчетом. Методы исследования. Для нахождения эффективной по смещению оценки использовались интегральные числовые характеристики точности оценки, а именно: суммарный квадрат смещения ожидаемой реализации некоторого варианта оценки от исследуемых параметров законов распределений и т. д. Выводы. 1) Для биномиального плана и плана испытаний с восстановлением и ограниченным временем испытаний построены критерии эффективности, которые позволяют однозначно определить эффективную по смещению оценку из числа предложенных оценок. 2) На основании построенных критериев эффективности для различных планов испытаний выбраны эффективные по смещению оценки из числа предложенных.

Рассмотрены соотношения между состояниями и событиями, которые используются при построении диаграмм процессов, описывающих надежность объектов. По построенной диаграмме состояний и событий формируются исходные данные и выбирается математический метод, который реализуется в соответствии с поставленной задачей. Приведены особенности и преимущества матричного метода. Цель. Совершенствование методов моделирования путем уточнения соотношений между состояниями и событиями и использования матричных методов расчета. Методы. Рассмотренные причинно-следственные связи между состояниями и событиями позволили сформулировать соотношения между ними: событие может быть причиной изменения состояния, тогда изменение состояния является следствием; состояние может быть причиной возникновения события, тогда событие является следствием состояния. При таком подходе событие может быть причиной изменения состояния, и в то же время событие является следствием какого-то состояния. Аналогичная ситуация складывается с состояниями: состояние может быть причиной события и в то же время состояние является следствием какого-то события. Отмечено также, что в условиях одного состояния могут произойти несколько событий, а событие также может приводить к нескольким состояниям. Приведены примеры таких соотношений. Отмечено, что продолжительность состояния может быть постоянной, случайной или нулевой. Рассмотренные соотношения между состояниями и событиями позволяют обоснованно формировать диаграмму состояний и переходов. Обоснованное формирование диаграммы состояний и переходов является результатом изложения концептуальной модели, в которой всем состояниям и событиям дается физическое и техническое толкование, переходящее затем в формальную диаграмму состояний и переходов. Особое внимание уделено матричным методам, которые характеризуются рядом преимуществ: компактностью и простотой преобразований исходных характеристик в выходные характеристики, наличием стандартного математического обеспечения, использованием проверочных процедур, возможностью реализации с помощью стандартных компьютерных средств. Исходные данные формируются также в матричном виде. Приведены характеристики диаграммы состояний и переходов, которые могут быть вычислены по исходным данным. Отмечено использование методов, основанных на полумарковских процессах. Отмечена целесообразность формирования циклов при использовании матричных методов. Затронута также актуальная тема, связанная с большим числом состояний и вытекающая из этого проблема укрупнения состояний. Приведены два подхода к укрупнению состояний, которые позволяют сохранить без изменения выходные характеристики системы. Результаты. Сформулировано предложение по формированию модели надежности, которая состоит в выполнении нескольких этапов: формулирование цели моделирования с указанием используемых показателей надежности, описание концептуальной модели, формирование обоснованной диаграммы состояний-переходов, выбор математического метода, проведение расчетов, обсуждение результатов, выводы и предложения на основании проведенного моделирования. Обсуждение и выводы. При формировании модели надежности следует учитывать причинно-следственные связи между состояниями и событиями, которые устанавливаются с учетом физических и инженерно-технических особенностей объекта. С учетом этих связей формируется диаграмма состояний, на основе которой составляются исходные данные модели. Одним из эффективных математических методов является матричный метод, который характеризуется рядом положительных особенностей. Изложенные соображения носят методический характер, они могут быть полезны при формировании моделей надежности технических систем и при изучении теории надежности в учебных заведениях.

Цель. В данной статье рассмотрена задача оценки функциональной надежности работы компрессорных станций (КС) подземных хранилищ газа (ПХГ). Предложены определение функциональной надежности КС и методические подходы к ее оценке. Методы. Проектный расчет компрессорных станций, сценарный анализ. Результаты. Представлены: а) определение, показатели функциональной надежности КС и методический подход к ее оценке; б) пример использования методического подхода для КС ПХГ; в) результаты сравнительного анализа функциональной надежности КС ПХГ при различных вариантах оснащения: использование односекционных и двухсекционных центробежных компрессоров в составе газотурбинных газоперекачивающих агрегатов для реализации схемы двухступенчатого компримирования с промежуточным охлаждением. Заключение. Показана необходимость проведения анализа функциональной надежности различных вариантов оснащения КС ПХГ для определения наиболее рационального варианта, обеспечивающего безусловное выполнение основной целевой функции КС ПХГ в условиях неопределенности исходных данных для проектирования.

Цель. Рассматривается проблема анализа малых выборок путем синтеза новых статистических критериев, порождаемых объединением статистического критерия Херста с критерием Фроцини, а также с критерием Муроты-Такеучи. Решается задача по поверке гипотезы нормального распределения исследуемых данных на выборках объемом от 16 до 25 опытов. Столь значительные ограничения по объему выборки возникают в таких предметных областях, как биометрия, биология, медицина, экономика. При этом проблема может быть решена применением не одного, а нескольких статистических критериев к анализу одной и той же малой выборки. Методы. Предложено выполнить умножение результата оценки по критерию Херста на результат вычисления оценок по критерию Фроцини и/или по критерию Муроты-Такеучи. Мультипликативное объединение выполнено для пар исследуемых критериев и для их тройки. Показано, что для каждого известного статистического критерия может быть построен свой эквивалентный ему искусственный нейрон. Появляется возможность нейросетевого обобщения порядка 21 построенных в прошлом веке классических статистических критериев. Ожидается, что добавление новых статистических критериев в форме искусственных нейронов будет приводить к росту качества решений многокритериального анализа. Формально использование произведений не повторяющихся пар критериев, образованных из 21 исходного классического статистического критерия должно дать 210 новых вариантов статистических критериев. Это значительно больше, чем общее число, созданных в прошлом веке статистических критериев для проверки гипотезы нормальности. Результаты. При парном произведении исследуемых критериев удается снизить вероятности ошибок первого и второго рода более чем в 1,55 раза по отношению к базовому критерию Херста. При тройном произведении критериев вероятности ошибок снижаются по отношению к базовому критерию Херста и по отношению к сцепленному с ним второму критерию. Отмечается отсутствие монотонного повышения качества принимаемых мультипликативными математическими конструкциями решений. Вероятности ошибок нового критерия, полученного перемножением тройки рассматриваемых критериев, примерно на 1,5% хуже, чем вероятность ошибок у критериев, полученных перемножением пар исходных критериев. Выводы. По аналогии с рассматриваемыми критериями, предложенные методы обработки данных могут быть применены и для других известных статистических критериев. Появляется теоретическая возможность значительно увеличить число новых статистических критериев путем перемножения их итоговых значений. К сожалению, параллельно с ростом числа объединяемых статистических критериев растут взаимные корреляционные связи между новыми синтезированными критериями. Последнее ограничивает возможности предложенного в статье метода. Необходимы дополнительные исследования, способные выявить наиболее эффективные комбинации пар, троек или больших групп для известных статистических критериев.

Цель. Развитие цифровых технологий обуславливает необходимость в оцифровке данных и их последующем хранении на электронных носителях. Вне зависимости от способа хранения информации информация представляет собой ценность, а ее утрата может повлечь за собой ущерб. Существует ряд профилактических мер (применение аппаратной и логической избыточности разных видов), чтобы предотвратить эту утрату. В том случае если профилактические мероприятия в силу причин и обстоятельств не обеспечили защиту данных и доступ к ним был потерян, возникает потребность в их полном и своевременном восстановлении. Исходя из этого, возникает необходимость в создании алгоритма восстановления информации, который учтет аппаратные особенности современных накопителей, их логическое устройство, а также специфику хранимых на нем данных. Методы. Имеется два подхода к восстановлению информации: универсальный и персональный. Универсальный предусматривает использование минимального количества программ и средств, которые работают со всеми объектами. Персональный подход обуславливает использование большого количества программ и средств, которые работают с конкретными проблемами, связанными с утратой доступа к информации. За счет этого достигается быстродействие и высокое качество восстановления по сравнению с универсальным подходом. Кроме того, персональные программы, как правило, дешевле универсальных. Использование универсальных средств восстановления информации не дает высокого результата в случае их применения для большого количества вариантов аварийных событий. Одной утилиты может быть недостаточно для решения всех проблем, вызванных инцидентами. Готового шаблона, следуя которому можно получить приемлемый результат, тоже не существует. Помимо использования персонального программного обеспечения существуют дополнительные альтернативы универсальному подходу это программы для ручного восстановления данных и программно-аппаратные комплексы. В случае незначительных логических сбоев (повреждение главной загрузочной записи) применяется программное обеспечение для ручного восстановления информации. В случае критических аппаратных проблем с накопителем применяются программно-аппаратные комплексы. Результаты. Создана методика восстановления данных на запоминающих устройствах разных типов, включающая в себя универсальный и персональный подходы к восстановлению информации, использование программного обеспечения для ручного восстановления данных, а также применение программно-аппаратных комплексов. Данная методика позволяет восстанавливать данные популярных расширений с распространенных файловых систем и накопителей, предусмотрено взаимодействие с RAID-массивами всех уровней. Произведен отбор программ из восьми выделенных множеств методом анализа иерархий с приоритетом критерия результативности. Проведен ряд тестовых испытаний данной методики. Для проведения тестирования выполнена эмуляция инцидентов, связанных с утратой доступа к данным. Дана экономическая оценка стоимости устранения различных инцидентов с использованием разработанной методики. Выводы. На основе полученных результатов тестирования сформулированы выводы об эффективности персонального подхода к восстановлению информации.