Диагностика и надежность автоматизированных систем: Рабочая программа, задание на контрольную работу

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ Рабочая программа Задание на контрольную работу

Факультеты: МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ, ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНО- ЭКОНОМИЧЕСКИМИ СТРУКТУРАМИ Направление,

специальность

и

специализация

подготовки

дипломированного специалиста 657900 – автоматизированные технологии и производства 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении) 210217 – компьютерные системы управления в производстве и бизнесе Санкт-Петербург 2003 г. 1

УДК 681. 5.004.52(07) Сарвин А.А., Абакулина Л.И., Готшальк О.А. Диагностика и надежность автоматизированных систем: Рабочая программа, задание на контрольную работу. - СПб.: СЗТУ, 2003.- 15 с. Рабочая программа соответствует требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 657900 – автоматизированные технологии и производства (специальность 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении), специализация 210217 – компьютерные системы управления в производстве и бизнесе). В рабочей программе изложены основы диагностирования и надежной работы аппаратного и программного обеспечения автоматизированных систем управления технологическим оборудованием. Рассмотрены различные методы обеспечения диагностирования и надежности, направленные на сведение к минимуму

возможных

технологического

аппаратных

оборудования

от

сбоев

или

случайных

нарушений или

в

работе

преднамеренных

вмешательств в функционирование АСУ. Рассмотрено на заседании кафедры автоматизации производственных процессов 19 февраля 2003 г., одобрено методической комиссией машиностроительного 24 марта 2003 г. Рецензенты: кафедра технологии автоматизированного машиностроения СЗТУ (заведующий кафедрой В.В.Максаров, док. техн. наук, проф.); кафедра электротехники, вычислительной техники и автоматизации СанктПетербургского института машиностроения (завод – ВТУЗ) (заведующий кафедрой В.М.Шестаков, док. техн. наук, профессор). Составители:

А.А.Сарвин, доктор технических наук, профессор; Л.И.Абакулина, кандидат технических наук, доцент; О.А. Готшальк, кандидат технических наук, доцент.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003г.

2

1.Цели и задачи изучения дисциплины Дисциплина «Диагностика и надежность автоматизированных систем» является общепрофессиональной дисциплиной ГОС для специальности 210200. В ней изучаются методы обеспечения надежности и безопасности автоматизированных

систем,

их

диагностики,

как

средства

повышения

надежности систем. Рассматриваются способы технического и программного обеспечения надежности. Разъясняется связь надежности и эффективности автоматизированных систем управления. Студенты должны изучить теоретические основы, на которых базируются методы оценки надежности, освоить методику расчета основных показателей надежности,

иметь

представление

о

диагностических

признаках

автоматизированных систем. Приобретенные знания, умения и навыки используются в дальнейшем при изучении профилирующих дисциплин специальности 210200 и специализации 210217

(«Автоматизация

«Интегрированные

технологических

системы

процессов

проектирования

и

и

производств»,

управления»,

«Защита

интеллектуальной собственности» и др.). 2. Структура дисциплины Согласно ГОС для специальности 210200 дисциплина «Диагностика и надежность в себя следующие теоретические и прикладные аспекты оценки надежности

типовых

устройств

автоматизации

(механических,

электромеханических, электрических), принципы и способы их диагностирования. Курс диагностика и надежность автоматизированных систем включает в себя следующие разделы: Основные понятия и определения в области надежности автоматизированных

систем

управления.

Качественные

показатели

и

количественные оценки надежности. Применение методов теории вероятности и

3

статистики

для

оценки

показателей

надежности.

Отказы

в

системах

автоматизации. Обеспечение надежности аппаратных средств. Надежность программных средств автоматизированных систем. Диагностирование аппаратных и программных средств. 3. Содержание дисциплины 3.1. Рабочая программа (объем курса 100 часов) 3.1.1. Основные понятия и определения надежности автоматизированных систем управления (4 часа) [1] с.221-222; [2] с.2-5, 20-25; [4]с.27-32; [5] с.21-23. Автоматизированная система управления (АСУ). Надежность

и

безопасность

АСУ.

Случайные

и

преднамеренные

вмешательства. Несанкционированный доступ к информации. Безотказность, работоспособность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость АСУ. Понятие

отказа.

Классификация

отказов.

Отказы

из-за

изменения

параметров. Отказы по связи с другими отказами. Отказы по возможности

последующего использования. Отказы по характеру устранения. Отказы по наличию внешних проявлений. Отказы по причине возникновения. Отказы по природе возникновения. Отказы по времени возникновения. 3.1.2. Качественные показатели надежности автоматизированных систем управления (20 часов) [1] с.223-235; [2] с.5-11, 21-26, 28-35; [4] с.32-40. Показатели безотказности. Показатели ремонтопригодности. Показатели долговечности. Показатели сохраняемости. Анализ аппаратной надежности автоматизированных систем управления в процессе проектирования. Метод расчета надежности по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов. Метод расчета надежности с использованием 4

данных эксплуатации. Коэффициентный метод. Эффективность автоматизированных систем управления. Экономически целесообразный уровень надежности. Критерии оптимизации. Годовая экономия. Экономический эффект. Методы повышения аппаратной надежности автоматизированных систем управления. Выбор оптимального уровня надежности. Методы повышения надежности. Введение избыточности. Применение более надежных компонентов. Улучшение условий эксплуатации. Организация профилактики. Резервирование автоматизированных систем управления. Общее и раздельное резервирование. Кратность резервирования. Резервирование замещением. 3.1.3. Принципы обеспечения программной надежности автоматизированных систем управления (20 часов) [5] с.28-65, 88-97, [6] с.13-36. Комплекс мер обеспечения программной надежности автоматизированных систем

управления.

Правовые

нормы.

Морально-этические

нормы.

Административно-организационные меры. Программно-технические средства. Пять уровней программно-технических средств защиты. Диагностика и программная надежность автоматизированных систем управления, построенных на базе персональных компьютеров. Временная блокировка монитора компьютера. Использование гибких магнитных дисков. Резервное копирование информации. Очистка Корзины и меню Документ. Очистка дисков от удаленных файлов. Диагностика сохранности файлов. Защита информации от случайных изменений. Сокрытие файлов и папок. Защита информации паролем. 3.1.4. Методы повышения надежности программного обеспечения автоматизированных систем управления (30 часов) [5] с. 117-125, 131-152 ; [6] с. 98-195.

5

Криптология. Криптосистема. Криптоанализ. Криптография. Криптостойкость Криптограмма. Требования к шифрованию. Методы шифрования. Понятие

симметричной

криптосистемы.

Классические

симметричные

криптосистемы Метод перестановок. Метод замены. Метод гаммирования. Характеристики современных криптосистем. Элементы теории чисел. Однонаправленные функции. Дискретный логарифм. Сравнимые по модулю числа. Модуль сравнения. Полный набор вычетов по модулю. Приведение по модулю. Нахождение обратной величины. Понятие асимметричной криптосистемы. Алгоритм работы асимметричной криптосистемы. Идентификация и аутентификация. Организация системных ключей. Генерация ключей. Хранение ключей. Распределение ключей. Компьютерные вирусы. Разновидности вирусов. Меры защиты от вирусов. Антивирусные программы. 3.1.5. Техническая диагностика АСУ (20 часов) [3] с. 2-4, 11-12; [7] с. 7-25, 283-322. Понятия технической диагностики и диагностирования АСУ. Основные цели диагностирования. Тестовое и функциональное диагностирование. Алгоритмы диагностирования. Алгоритмы тестового и функционального диагностирования. Оптимальные алгоритмы диагностирования. Эффективность диагностирования. Аппаратные и программные средства диагностирования. Методы диагностирования.

6

3.2. Объемы аудиторной работы и виды контроля для студентов очно-заочной формы обучения Специальность

Лекции Практические

и

Лабораторные

Контрольные

занятия

работы

работы

Зачет

специализация 210200

24

6

-

1

1

210217

16

4

-

1

1

3.3. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения специальности 210200 и специализации 210217

№ п/п 1.

Объем, часов

Темы лекций Основные

понятия

и

определения

210200

210217

4

2

4

4

6

4

6

4

4

2

надежности автоматизированных систем управления 2.

Качественные

показатели

надежности

автоматизированных систем управления 3.

Принципы

обеспечения

программной

надежности автоматизированных систем управления 4.

Методы

повышения

надежности

программного обеспечения автоматизированных систем управления 5.

Диагностирование АСУ

7

3.4. Темы практических занятий для студентов очно-заочной формы обучения специальности 210200 и специализации 210217

№

Темы практических занятий

п/п 1.

Объем часов 210200

210217

3

2

3

2

Анализ аппаратной надежности автоматизированной системы управления

2.

Расчет асимметричной криптосистемы

4. Литература 1. Автоматизация типовых технологических процессов и установок: Учебник

для

вузов/А.М.Корытин,

Н.К.Петров,

С.Н.Радимов,

Н.К.Шапарев.-2-е изд.,перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1988.-432с.: ил. 2. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения.-М.: Изд.стандартов,1989.-37с. 3. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения.М.:Изд. стандартов,1989.-13с. 4. Кемпинский М.М. Точность и надежность измерительных приборов.-Л.: Машиностроение, 1972.-264с. 5. Михаэль А.Бэнкс. Информационная защита ПК. Перевод с английского.: Киев: “ВЕК+”.-М.: “Энтроп”.-СПб.: “Корона-Принт”, 2001.- 269 с.: ил. 6. Ю.В.Романец, П.А.Тимофеев, В.Ф.Шаньгин. Защита информации в компьютерных системах и сетях /Под ред В.Ф.Шаньгина.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Радио и связь, 2001.-376 с.: ил. 8

7. Технические

средства

диагностирования:

Справочник/

В.В.Клюев,

П.П.Пархоменко, В.Е.Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. -М.: Машиностроение, 1989.-672 с. 5. Задания на контрольную работу Общие указания К оформлению контрольной работы предъявляются следующие требования. 1. Контрольная работа оформляется в ученической тетради или на отдельных скрепленных листках бумаги. 2. На обложке тетради или первом листке указываются наименование дисциплины, специальность (номер), наименование УКП, шифр, имя, отчество и фамилия студента. 3. Номера вариантов контрольной работы соответствуют последней цифре шифра студента. Контрольная работа может быть зачтена, если она не содержит принципиальных ошибок, выполнена аккуратно и удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям. Варианты контрольных работ

Вариант № 0 Цифровое устройство АСУ содержит 51 триггер (интенсивность отказов триггрера – 0,001 ч-1), 187 вентелей (интенсивность отказов вентеля – 0,0005 ч-1) и 170 усилителей (интенсивность отказов усилителя – 0,0008 ч-1). Рассчитать интенсивность отказов, наработку на отказ и вероятность безотказной работы АСУ через 1000 часов работы. Для системы справедлив экспоненциальный закон распределения надежности. Вариант № 1 Устройство состоит из трех блоков. Количество элементов и соответствующие им интенсивности отказов приведены в таблице 1. Устройство должно быть исправным в 9

течение 100 часов. Рассчитать интенсивности отказов, наработку на отказ и вероятности безотказной работы блоков и системы в целом. Для системы справедлив экспоненциальный закон распределения надежности. Таблица 1 Интенсивность

Блок 1

Блок 2

Блок 3

отказов, λi ·10-6,

(Кол-во эл-в)

(Кол-во эл-в)

(Кол-во эл-в)

ч-1

Ni

Ni

Ni

Полупроводниковые триоды

0,75

1800

400

-

Полупроводниковые диоды

0,20

1100

1600

600

Импульсные трансформаторы

0,25

3000

2200

200

Сопротивления

0,10

4200

1900

1400

Конденсаторы

0,5

3800

1600

800

Наименование элементов

Вариант № 2 Система состоит из трех блоков. Первый блок включает в себя 15 каскадов, второй – 5, третий – 20. Каждый каскад может быть принят за некоторый условный элемент. Вероятность безотказной работы системы Р=0,96. Необходимо определить требования по надежности к каждому из блоков. −A Расчет производить исходя из следующих соотношений: P = e , где А –

показатель ненадежности системы ( A = − ln P ), а показатель надежности

Ai =

A ⋅ Ni

n

∑ Ni

.

i =1

Вариант № 3 Система состоит из элементов, количество которых и значения минимальных и максимальных значений коэффициентов надежности (в зависимости от условий 10

эксплуатации) представлены в таблице 2. В качестве базового элемента принято сопротивление (значение интенсивности см. в табл.1). Рассчитать интенсивность отказов системы и наработку на отказ. Таблица 2 Наименование элементов

Коэф.надежности, Коэф.надежности,

Количество

min

max

элементов

Полупроводниковые триоды

1,3

75,0

110

Полупроводниковые диоды

1,3

30,0

80

Трансформаторы

1,3

3,0

90

Сопротивления

1,0

1,0

200

Конденсаторы

0,25

0,83

100

Вариант № 4 Произвести по шифрование и расшифрования с подробным пояснением всех производимых операций методом перестановок выражения ВКЛЮЧИТЬ ПЕРВУЮ ПОТОЧНУЮ ЛИНИЮ.

Вариант № 5 Произвести по шифрование и расшифрования с подробным пояснением всех производимых операций методом замены выражения ВКЛЮЧИТЬ ПЕРВУЮ ПОТОЧНУЮ ЛИНИЮ.

Вариант № 6 Произвести по шифрование и расшифрования с подробным пояснением всех производимых операций методом гаммирования выражения ПОДАТЬ НАПРЯЖЕНИЕ. 11

Вариант № 7 Используя асимметричную криптосистему, зашифровать и расшифровать (с подробным пояснением всех выполняемых операций) следующие 4 цифры 4, 5, 7, 9. Значения Р, Q, и К0 выбрать произвольно.

Вариант № 8 Используя асимметричную криптосистему, зашифровать и расшифровать (с подробным пояснением всех выполняемых операций) следующие 4 цифры 2, 3, 5, 10. Значения Р, Q, и К0 выбрать произвольно.

Вариант № 9 Используя асимметричную криптосистему, зашифровать и расшифровать (с подробным пояснением всех выполняемых операций) следующие 4 цифры 3, 4, 8, 9. Значения Р, Q, и Ко выбрать произвольно.

6. Тестовые задания 1. Что входит в понятие надежность АСУ? 2. Что

называется

случайным

вмешательством

в

процесс

функционирования АСУ? 3. Что называется преднамеренным вмешательством в работу АСУ? 4. Что называется отказом системы? 5. Что называется сбоем в работе системы? 6. Что называется безотказностью АСУ? 12

7. Что называется работоспособностью АСУ? 8. Что называется долговечностью АСУ? 9. Что называется сохраняемостью АСУ? 10. Что называется параметром потока отказов? 11. Что такое наработка на отказ? 12. Что называется средним временем восстановления? 13. Что такое коэффициент готовности и коэффициент технического использования? 14. Что такое средний ресурс системы? 15. Что называется средним сроком сохраняемости? 16. Что называется структурной избыточностью системы? 17. Что называется информационной избыточностью системы? 18. Какие методы для расчета надежности системы существуют. 19. Чем определяется экономическая эффективность АСУ? 20. Сформулируйте критерий оптимизации надежности. 21. Как определяется годовая экономия от сокращения потерь, вызванных простоями системы? 22. Каким критерием нужно руководствоваться при выборе способа повышения надежности функциональных элементов системы? 23. Назовите четыре основных метода повышения надежности АСУ. 24. Как оценивается надежность системы по надежности ее элементов? 25. Какой

элемент

в

системе

называется

резервным,

а

какой

резервируемым? 26. Что такое кратность резервирования? 27. Как определяется вероятность безотказной работы и вероятность отказа при резервировании системы? 28. Какие основные виды резервирования используются для повышения надежности? 29. Что называется техническим состоянием системы?

13

30. Что называется технической диагностикой? 31. Что

называется

тестовым

и

функциональным

алгоритмом

диагностирования? 32. Чем отличаются дефекты от неисправного состояния? 33. Что входит в понятие правовые нормы обеспечения надежности АСУ? 34. Что входит в понятие морально-этические нормы обеспечения надежности АСУ? 35. Что входит в понятие административно-организационные нормы обеспечения надежности АСУ? 36. Что входит в понятие программно-технические средства обеспечения надежности АСУ? 37. Какие меры защиты программного обеспечения Вы знаете? 38. В чем состоит диагностика сохранности информации и программных средств? 39. Что называется симметричными криптосистемами и какие методы их шифрования Вы знаете? 40. Что называется ассиметричной криптосистемой и как она работает? 41. В чем основная задача организации системы ключей?

14

Содержание 1.

Цели и задачи изучения дисциплины………………………………..

3

2.

Структура дисциплины……………………………………………….

3

3.

Содержание дисциплины……………………………………………..

4

3.1.

Рабочая программа……………………………………………………

4

3.2.

Объемы аудиторной работы и виды контроля………………………...

7

3.3.

Тематический план лекций ……………………………………………

7

3.4.

Темы практических занятий……………………………………………

8

4.

Литература………………………………………………………

8

… 5.

Задание на контрольную работу………………………………...

9

6.

Тестовые задания………………………………………………….

12

Редактор Т.В.Шабанова Сводный темплан 2003 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97. Подписано в печать Б.Кн.-журн.

10.06.2003 П.л. 1 Тираж 100

Формат 60*84 1/16

Б.л. 0,5 Заказ

РТП РИО СЗТУ

479

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации Вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, 5

15