Основные понятия теории надёжности

Надёжность – важнейшая характеристика качества и эффективности любой системы, поэтому разработана специальная теория – теория надёжности.

Теория надёжности может быть определена, как научная дисциплина, изучающая закономерности, которых следует придерживаться при разработке и эксплуатации систем для обеспечения оптимального уровня их надёжности с минимальными затратами ресурсов.

Надёжность – характеристика временная, она может быть ориентирована либо в прошлое, либо в будущее время и не допускает «точечных» во времени оценок. Иными словами, надёжность – это свойство системы «штатно» функционировать во времени.

Надёжность – комплексное свойство системы; оно включает в себя более простые свойства, такие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и т.д.

Безотказность – свойство системы сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени или наработки (наработка – продолжительность или объём работы системы).

Ремонтопригодность – свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём проведения технического обслуживания и ремонта.

Долговечность – свойство системы сохранять при установленной системе технического обслуживания и ремонта работоспособное состояние до наступления предельного состояния, то есть такого момента, когда дальнейшее использование системы по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Одним из основных понятий теории надёжности является отказ. Отказом называют полную или частичную потерю работоспособности системы или её элемента. Отказы бывают внезапные и постепенные, зависимые и независимые; полные и частичные, устойчивые или самоустраняющиеся, аппаратные, эргатические, программные и т.п.

Устойчивый отказ обусловливает длительную неработоспособность системы и устраняется только в результате её технического обслуживания, то есть выполнения специальных мер, принятых для восстановления работоспособности системы. Самоустраняющийся отказ (обычно его называют сбоем) – отказ, имеющий кратковременный характер и самоустраняющийся произвольно, без принятия специальных мер для его устранения. Ряд сбоев одного и того же характера, следующих друг за другом, называют перемежающимся отказом.

Аппаратный отказ обусловлен нарушением работоспособности технического элемента системы, соответственно, эргатический – эргатического и программный – программного элемента системы. В соответствии с последней классификацией отказов можно рассматривать и надёжность трёх видов:

§ Аппаратная;

§ Эргатическая;

§ Программная.

Все системы в теории надёжности классифицируются по ряду признаков. Важными классификационными группами являются:

§ Восстанавливаемые;

§ Невосстанавливаемые;

§ Обслуживаемые;

§ Необслуживаемые системы.

Восстанавливаемой называется такая система, работоспособность которой в случае возникновения отказа подлежит восстановлению. Невосстанавливаемая система – такая система, работоспособность которой в случае отказа восстановлению не подлежит.

Обслуживаемая система – система, для которой предусматривается проведение регулярного технического обслуживания. Необслуживаемая система – система, для которой не предусматривается проведение регулярного технического обслуживания.

Информационные и вычислительные системы первых поколений, за редким исключением, относятся к восстанавливаемым обслуживаемым системам. Многие современные вычислительные системы относятся к необслуживаемым восстанавливаемым системам (например, персональные компьютеры) и даже к необслуживаемым и невосстанавливаемым системам (отдельные узлы вычислительных систем, например микропроцессор).

Определение надёжности программного изделия

Применительно к сложным системам, надёжность определяется, как свойство системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования [8].

Приведённое определение надёжности приемлемо и для такой сложной системы, какой является программное обеспечение. Однако, в этом определении не отражается различие между типами возможных ошибок, степенью влияния конкретной ошибки на функционирование системы. Это означает, что надёжность ПО должна определяться как функция от степени влияния ошибок и частоты их проявления.

Следовательно, надёжность ПО – это вероятность того, что программа какой-то период времени будет работать без сбоев, с учётом степени их влияния на выходные результаты. Другими словами, надёжность ПО есть функция от ущерба, наносимого ошибкой пользователю. Надёжность не является свойством, присущим программе, а в большей мере относится к тому, как используется программа.

Надежность ПО в значительной степени отличается от надёжности оборудования. Действительно, ПО не подвержено износу, практически отсутствуют ошибки производства, так встречаются они редко и легко могут быть исправлены (например, ошибки перезаписи при копировании). Ненадёжность ПО целиком определяется ошибками разработки, т.е. в основе ненадёжности ПО лежат предопределённые ошибки. Программные ошибки в большей степени зависят от входной информации. Причина появления ошибки в какой-то конкретный момент времени заключается в том, что в этот момент была обработана уникальная последовательность входных данных, вызвавшая проявление ошибки.

В литературе [20] надёжность ПО рассматривается как пределы, в которых система порождает пригодные действия, когда последние требуются. Надёжность является статистической оценкой, связывающей систему с набором требований, в соответствии с которым она должна разрабатываться. Принято считать систему очень надёжной, если велика вероятность того, что при обращении к ней получена требуемая услуга. Система рассматривается как ненадёжная, если она допускает сбои в особых ситуациях, даже если ситуации составляют небольшой процент от общего времени использования системы