МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ
имени Ивана Федорова»
УТВЕРЖДАЮ
« 23 » июня 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине | ОПД. Ф.7 Диагностика и надежность автоматизированных систем |
По специальности | 220301.65 – Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям применения) |
Факультет | Информационных технологий и медиасистем |
Кафедра | Автоматизации полиграфического производства |
Форма обучения | Курс | Семестр | Трудоемкость дисциплины в часах | Форма итогового контроля | |||||||
Всего часов | Аудиторных часов | Лекции | Семинарские (практические) занятия | Лабораторные занятия | Курсовая работа | Курсовой проект | Самостоятельная работа | ||||
Очная | 4 | 7 | 100 | 51 | 34 |
| 17 |
|
| 49 | Экзамен |
Очно-заочная | 4 | 8 | 100 | 51 | 34 |
| 17 |
|
| 49 | Экзамен |
Заочная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Москва – 2011 г.
Составитель: | , канд. техн. наук, доцент |
Рецензент: | , канд. техн. наук, доцент; , канд. техн. наук, доцент |
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Автоматизация полиграфического производства» 16.06.11 , протокол № 10 .
Зав. кафедрой
Одобрена Советом факультета информационных технологий и медиасистем 21.06.11 , протокол № 12 .
Председатель
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ТРЕБОВАНИЯ
К ЗНАНИЯМ И УМЕНИЯМ
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Цель изучения дисциплины «Диагностика и надежность автоматизированных систем» – формирование у студентов знаний об анализе и синтезе технических (технологических) автоматизированных систем с заданным уровнем надежности и их диагностировании.
Основной задачей изучения дисциплины является освоение студентами методического подхода и процедур, необходимых для создания надежных технических (технологических) и программных средств автоматизации, знаний о структуре и составе систем их диагностики, навыков выбора и разработки последних; овладение методами повышения надежности и эффективности систем автоматизации, управления и программно-технических средств.
1.2. Требования к уровню освоения
содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
знать:
• основные понятия и определения надежности;
• функциональные и числовые показатели надежности и ремонтопригодности технических и программных элементов и систем;
• методы анализа (расчета) надежности автоматизированных программно-технических систем;
• способы анализа технической эффективности сложных автоматизированных систем;
• задачи технической диагностики;
• методы диагностирования технических и программных систем;
владеть:
• специальной терминологией;
• методами определения показателей надежности;
• методами диагностирования систем автоматизации, управления и программно-технических средств;
• алгоритмами диагностирования;
уметь:
• определять качественные показатели надежности технических и программных средств автоматизации;
• определять показатели надежности, а также оценивать надежность и эффективность систем автоматизации;
• определять по результатам испытаний и наблюдений оценки показателей надежности и ремонтопригодности технических элементов и систем;
• анализировать надежность локальных технических (технологических) систем, синтезировать локальные технические системы с заданным уровнем надежности;
• диагностировать показатели надежности локальных технических систем.
1.3. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем),
усвоение которых студентами необходимо
для изучения данной дисциплины
• Математика.
• Физика.
• Информатика.
• Теория вероятностей.
• Теория автоматического управления.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Наименование тем, их содержание и объем в часах
Наименование тем | Общая трудоемкость (часов) | |||
Аудиторные занятия (всего часов) | Лекции | Практические занятия (семинары) | Лабораторные занятия | |
Тема 1. Введение в надежность | 2 | 2 | ||
Тема 2. Показатели надежности технических элементов и систем | 4 | 4 | ||
Тема 3. Определение показателей надежности технических элементов и систем | 11 | 6 | 5 | |
Тема 4. Надежность технических систем | 9 | 5 | 4 | |
Тема 5. Повышение надежности технических систем | 8 | 4 | 4 | |
Тема 6. Техническая эффективность сложных автоматизированных систем | 5 | 5 | ||
Тема 7. Надежность программных и программно-технических систем | 8 | 4 | 4 | |
Тема 8. Диагностика автоматизированных систем | 4 | 4 | ||
Итого | 51 | 34 | 17 |
2.2. Содержание тем дисциплины
Тема 1. Введение в надежность
Проблемы надежности в технике, технологиях, автоматике. Основные задачи теории надежности, математический аппарат теории надежности.
Основные понятия надежности: элемент и система, работоспособность и отказ элемента, классификация отказов. Надежность в узком и широком смысле, основные составляющие надежности: безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность. Значимость составляющих надежности для техники, технологий и автоматики.
Схема формирования отказов в системах автоматизации, управления и программно-технических средствах. Классификация отказов.
Тема 2. Показатели надежности технических элементов и систем
Функциональные показатели надежности: функции надежности (риска), функции восстановления (невосстановления), плотность и интенсивность отказов (восстановлений), готовность системы. Взаимосвязь функциональных показателей. Статистические функциональные показатели.
Числовые показатели надежности: средняя наработка на отказ (восстановление), дисперсия наработки, гамма-ресурс, коэффициенты готовности и оперативной готовности и др.
Теоретические законы распределения вероятности наработки: Вейбулла, экспоненциальный, нормальный, усеченный и логарифмический нормальный. Статистические распределения вероятностей наработки на отказ (восстановление).
Тема 3. Определение показателей надежности технических элементов и систем
Методы определения показателей надежности; надежность и эффективность систем автоматизации.
Определительные испытания элементов (систем) на надежность. Планирование испытаний, методика экспериментирования, обработка результатов испытаний при определении статистических распределений и точечных (интервальных) оценок показателей надежности. Проверка гипотез согласия и анализа точности и надежности оценок. Форсированные определительные испытания на надежность, методика их проведения и обработки результатов.
Контрольные испытания технических элементов и систем. Понятие ошибок первого и второго рода, риска изготовителя и пользователя. Тактика последовательного экспериментирования при контрольных испытаниях.
Оценивание показателей надежности и ремонтопригодности по результатам наблюдения за функционирующими элементами и системами.
Тема 4. Надежность технических систем
Анализ безызбыточных невосстанавливаемых технических систем; структурная надежностная схема; расчет системных показателей надежности по характеристикам надежности элементов; способы повышения надежности нерезервирования нагруженных систем. Функции и коэффициенты чувствительности резервированных систем.
Анализ резервированных невосстанавливаемых систем: виды резервирования (постоянное, скользящее, замещением; нагруженное, частично нагруженное, ненагруженное; групповое и индивидуальное; одно - и многократное; мажоритарное и др.); структурные надежностные схемы и формулы для расчета показателей надежности.
Критерии эффективности резервирования, способы их вычисления и анализа.
Анализ надежности резервирования восстанавливаемых систем, описываемых марковским случайным процессом с дискретными состояниями. Уравнение Колмогорова, методы его решения для определения функций готовности системы.
Тема 5. Повышение надежности технических систем
Методы повышения надежности и эффективности систем автоматизации, управления и программно-технических средств
Постановка задачи синтеза резервированной системы с заданным или оптимальным уровнем надежности. Критерии оптимальности, управления, связи, ограничения. Анализ методов решения комбинаторных оптимизационных задач на условный экстремум функции.
Рекуррентные алгоритмы синтеза локальных технических систем минимальной сложности с заданным уровнем надежности.
Система обеспечения надежности.
Тема 6. Техническая эффективность сложных автоматизированных систем
Понятие сложной системы в теории надежности. Понятие технической эффективности сложной системы. Показатели технической эффективности, технические состояния системы, вероятности возникновения дискретных состояний, уравнения Колмогорова для вычисления вероятностей состояний. Вычисление показателя эффективности как меры надежности сложной системы.
Анализ задачи оценивания эффективности системы, способы понижения размерности задачи: «укрупнение» элементов, введение функциональных состояний, композиция «близких» состояний и др.
Автоматизированная техническая система как сложная восстанавливаемая система, анализ ее эффективности при равных понятиях состояния.
Тема 7. Надежность программных и программно-технических систем
Понятие ошибки и отказа программы и программного обеспечения (ПО). Классификация ошибок и отказов, анализ распределения ошибок и отказов по стадиям жизненного цикла ПО. Модели поведения ошибок и отказов на стадии эксплуатации ПО.
Функциональные и числовые показатели надежности программных систем на стадии их эксплуатации. Зависимость показателей надежности ПО от числа ошибок в программах, различие показателей надежности ПО и технических систем.
Повышение надежности отдельных программ: тестирование статическое и динамическое, выявление ненадежных подпрограмм, переписывание программ и др. Повышение надежности программных систем путем резервирования. Виды резервирования: временное, программное, информационное.
Программно-техническое резервирование, нагруженные и ненагруженные режимы функционирования резервированной системы. Принцип «элегантного отмирания» элементов резервированной автоматизированной системы.
Тема 8. Диагностика автоматизированных систем
Основные понятия, термины и ГОСТы диагностики технических систем. Задачи технической диагностики и контроля состояния объектов диагностирования. Связь диагностики с надежностью автоматизированных систем.
Диагностирование – средство повышения надежности на стадии эксплуатации.
Методы диагностирования систем автоматизации, управления и программно-технических средств. Оперативная диагностика технологического оборудования и систем автоматизации, рабочее и тестовое диагностирование; прогнозное диагностирование; постоянное, периодическое и эпизодическое диагностирование технологических систем. Автоматизации процесса диагностирования технических систем, автоматизированные системы технической диагностики, комплексные технико-экономические системы диагностики, подсистемы диагностики экологических и надежностных показателей.
Оперативная диагностика программных систем. Диагностирование программ на стадиях разработки и эксплуатации ПО. Автоматизация процесса диагностирования ПО Интеллектуальные системы диагностики программных средств и систем.
2.3. Лабораторные занятия, их наименование
и объем в часах
№ п/п | Наименование лабораторных занятий | Объем в часах |
1 | Имитационное моделирование процесса испытаний элементов на надежность | 5 |
2 | Расчет на ЭВМ показателей надежности технических систем | 4 |
3 | Численное исследование эффективности резервирования технических систем | 4 |
4 | Синтез локальных систем минимальной сложности с заданной вероятностью отказа | 4 |
2.4. Курсовой проект (работа) и его характеристика
Не предусмотрен.
2.5. Организация самостоятельной работы
Наименование тем | Виды и формы самостоятельной работы * (распределение часов по формам обучения) | ||||||||||||||
Подготовка к практическому (семинару, лаб. работе) | Подготовка рефератов (докладов, сообщений, информационных материалов и т. п.) | Выполнение домашних, контрольных и иных заданий | Подготовка к промежуточной аттестационной работе (в т. ч. к коллоквиуму, тестированию и пр.) | Подготовка к зачету (экзамену) | |||||||||||
Очная | Очно-заочная | Заочная | Очная | Очно-заочная | Заочная | Очная | Очно-заочная | Заочная | Очная | Очно-заочная | Заочная | Очная | Очно-заочная | Заочная | |
Тема 1. Введение в надежность | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||
Тема 2. Показатели надежности технических элементов и систем | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | |||||||||
Тема 3. Определение показателей надежности технических элементов и систем | 1 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | |||||||
Тема 4. Надежность технических систем | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | |||||||||
Тема 5. Повышение надежности технических систем | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 1 | 1 | |||||||
Тема 6. Техническая эффективность сложных автоматизированных систем | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | |||||||||
Тема 7. Надежность программных и программно-технических систем | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | |||||
Тема 8. Диагностика автоматизированных систем | 1 | 1 | 4 | 4 | 4 | 4 | 1 | 1 | |||||||
* Могут быть предложены иные формы СРС.
3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
3.1. Литература
Основная
1. , Надежность и диагностика технологических систем: Учебник для вузов. – М.: Академия, 2011.
2. , Надежность и диагностика элементов электроустановок: Учеб. пособие для вузов. – М.: Элмор, 2009.
Дополнительная
3. . Надежность технических систем и техногенный риск: Учеб. пособие для вузов. – М.: Феникс, 2010.
3.2. Перечень наглядных и других пособий,
методических указаний по проведению
конкретных видов учебных занятий,
а также используемых в учебном процессе
технических средств
• Презентационные материалы, печатный раздаточный материал.
• Комплекс технических средств, позволяющих проецировать изображение из программ (экран, проектор, компьютер).
• Комплект тестовых заданий по дисциплине.
• Компьютерный класс кафедры АПП на 15 рабочих мест.
• Возможность доступа в Internet.
Программное обеспечение
• MathCAD.
