Отказоустойчивость и отказобезопасность систем управления

ПРЕДИСЛОВИЕ 3 Литература к предисловию 6 1. НАДЕЖНОСТЬ И ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ И ОТКАЗОБЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 9 1.1. Введение 9 1.2. Структурная и функциональная надежность 12 1.2.1. Структурная надежность 12 1.2.2. Функциональная надежность 16 1.3. Угрозы надежности и безопасности 23 1.3.1. Отказы технических средств 23 1.3.2. Сбойные ошибки 28 1.3.3. Ошибки в программном обеспечении 31 1.3.4. Ошибки человека-оператора 35 1.3.5. Ошибки данных 38 1.3.6. Систематические ошибки и отказы по общей причине 40 1.4. Отказоустойчивость системы управления 43 1.4.1. Понятие отказоустойчивости 43 1.4.2. Требования к отказоустойчивости систем управления 44 1.4.3. Наблюдаемость систем управления 45 1.4.4. Управляемость систем 51 1.4.5. Системы обеспечения отказоустойчивости 54 1.5. Отказобезопасность систем управления 56 1.6. Вопросы для самоконтроля 64 Список литературы 64 2. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ И ОТКАЗОБЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 66 2.1. Постулаты обеспечения надежности 66 2.2. Избыточность – основной рычаг обеспечения отказоустойчивости 73 2.2.1. Понятие избыточности 73 2.2.2. Виды избыточности 74 2.2.3. Многоуровневая избыточность 82 2.3. Жизненный цикл безопасности системы управления 86 2.4. Адаптивная отказоустойчивость 91 2.4.1. Традиционные способы обеспечения отказоустойчивости 91 2.4.2. Принцип адаптивной отказоустойчивости систем управления 94 2.5. Показатели отказоустойчивости систем управления 96 2.5.1. Состояния надежности 96 2.5.2. Показатели надежности отказоустойчивой системы управления 99 2.5.3. Гарантоспособность системы управления 104 2.6. Принципы безопасности 105 2.6.1. Физические принципы безопасности 106 2.6.2. Технические принципы безопасности 108 2.7. Показатели отказобезопасности систем управления 114 2.7.1. Состояния безопасности 114 2.7.2. Показатели функциональной безопасности систем управления 116 2.7.3. Гарантобезопасность систем управления 118 2.8. Нормирование допустимого времени существования опасного отказа 120 2.8.1. Предпосылки 120 2.8.2. Оценка допустимого времени обнаружения одиночного опасного отказа 121 2.8.3. Оценка допустимого времени обнаружения двойного отказа 125 2.8.4. Обсуждение результатов 127 2.9. Вопросы для самоконтроля 130 Список литературы 130 3. ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНОЙ ИЗБЫТОЧНОСТИ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ 133 3.1. Возможности средств контроля в системах управления 133 3.2. Классификация структурного резервирования 137 3.3. Структурное резервирование без восстановления 141 3.3.1. Общее постоянное резервирование 141 3.3.2. Раздельное постоянное резервирование 145 3.4. Структурное резервирование без восстановления. Резервирование замещением 148 3.4.1. Проблема скрытых отказов при структурном резервировании 148 3.4.2. Общее резервирование замещением 152 3.5. Мажоритарное резервирование 156 3.5.1. Мажоритарный объект 156 3.5.2. Восстанавливающий орган 157 3.5.3. Гибридное мажоритарное резервирование 161 3.6. Структурное резервирование с восстановлением 164 3.7. Предельные возможности структурного резервирования 177 3.7.1. Принятые предпосылки 178 3.7.2. Нагруженный резерв 178 3.7.3. Ненагруженный резерв 182 3.7.4. Предельная безотказность резервированных объектов 186 3.7.5. Предельная готовность резервированных объектов 192 3.8. Вопросы для самоконтроля 195 Список литературы 195 4. АДАПТИВНАЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВРЕМЕННОЙ И СТРУКТУРНОЙ ИЗБЫТОЧНОСТИ 197 4.1. Концептуальные положения использования естественной избыточности 197 4.1.1. Исходные предпосылки 197 4.1.2. Идеи адаптивной отказоустойчивости систем управления 198 4.2. Способы организации активной защиты 201 4.2.1. Способы назначения пар ВМ 201 4.2.2. Способы формирования множеств основных и избыточных ВМ 206 4.2.3. Уровни активной защиты 209 4.3. Способы автоматического обнаружения и устранения неисправностей в системах с активной защитой 212 4.4. Временные интервалы активной защиты 217 4.5. Дисциплины активной защиты 220 4.5.1. Базовые дисциплины 221 4.5.2. Модульные дисциплины 224 4.6. Эффективность применения системы адаптивной отказоустойчивости (активной защиты) 226 4.6.1. Задачи обработки информации разделены на равные части (такты) 227 4.6.2. Задачи обработки информации разделены на такты случайной длительности 230 4.6.3. Активная защита интерфейсных модулей 234 4.6.4. Активная защита со случайным временем перерыва в работе системы 239 4.7. Синтез активной защиты в системах управления 244 4.8. Надежность отказоустойчивых систем управления 248 4.8.1. Безотказность восстанавливаемых систем с активной защитой 249 4.8.2. Готовность восстанавливаемых систем с активной защитой 254 4.8.3. Сравнительная оценка эффективности активной защиты и структурного резервирования 260 4.9. Вопросы для самоконтроля 265 Список литературы 266 5. ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СООТВЕТСТВИЯ ТРЕБОВАНИЯМ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 267 5.1. Основные понятия подтверждения соответствия 267 5.2. Проблема натурных испытаний безопасности систем управления 271 5.3. Методы ускорения испытаний 275 5.3.1. Метод Монте-Карло 276 5.3.2. Метод значимой выборки 277 5.4. Метод ускоренных натурных испытаний на функциональную безопасность систем управления 279 5.4.1. Теоретические основы метода 279 5.4.2. Практическое приложение метода к ускоренным испытаниям систем управления технологическими процессами 282 5.4.3. Оценка продолжительности испытаний 286 5.5. Пример ускоренных натурных испытаний на функциональную безопасность системы управления технологическим процессом – системы диспетчерской централизации на железнодорожном транспорте 287 5.5.1. Описание объекта испытаний 287 5.5.2. Цель испытаний и критерии отказов 290 5.5.3. Алгоритмы генерации сбоев и помех. Общие сведения 290 5.5.4. Порядок проведения испытаний 294 5.5.5. Обработка и оценка результатов испытаний 296 5.6. Подтверждение соответствия программных средств 297 5.6.1. Основные положения методики испытаний качества и функциональной безопасности программных средств 298 5.6.2. Основные положения методики испытаний по требованиям безопасности информации 301 5.6.3. Порядок подтверждения соответствия требованиям комплексной безопасности программного обеспечения 312 5.7. Общие положения обоснования функциональной безопасности интеллектуальных систем управления 315 5.7.1. Введение 315 5.7.2. Постановка задачи 317 5.7.3. Подтверждение соответствия интеллектуальных систем управления заданным требованиям по функциональной безопасности 320 5.8. Вопросы для самоконтроля 324 Список литературы 325 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 328