Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

УПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ МОНИТОРИНГА МОРАЛЬНОГО СТАРЕНИЯ

Шестопалова О.Л. 1
1 Филиал «Восход», ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
В статье рассмотрены вопросы исследования способов управления развитием информационных систем с учетом результатов мониторинга морального старения третьего рода, основанного на контроле степени деградации ресурсной отказоустойчивости модулей информационных систем вследствие старения элементной базы, прекращения выпуска запасных элементов и утрачивания ремонтных технологий. Рассмотрены пути поиска предпочтительных вариантов решений по компенсированию морального старения оборудования информационных систем, связанного с деградацией ресурсной отказоустойчивости. Произведена классификация методов компенсации морального старения третьего рода. Описан подход к выбору предпочтительного метода компенсирования морального старения оборудования информационных систем на основе ранжирования оценок показателей технико-экономической эффективности применения выделенных методов. Материалы статьи могут быть полезны при обосновании программ развития аппаратного обеспечения корпоративных информационных систем ведомственного и регионального значения.
информационные системы
моральное старение
деградация ресурсной отказоустойчивости
методы развития информационных систем
технико-экономическая эффективность
1. Брум А.Н., Зеленцов В.А., Миронов А.Н. Анализ вариантов модернизации оборудования при управлении развитием кабельных телевизионных сетей // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2003. – Т. 46, № 5. – С. 10–13.
2. Брум А.Н., Миронов А.Н. Оценивание показателей долговечности оборудования информационных сетей // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2004. – Т. 47, № 2. – С. 3–9.
3. Гузенко В.Л., Клепов А.В., Миронов Е.А., Шестопалова О.Л. Постановка задачи обеспечения технико-экономической эффективности эксплуатации распределенной информационной системы [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2; URL: https://science-education.ru/ru/article/view id=12361 (дата обращения: 30.05.2017).
4. Козлов А.Д., Миронов А.Н., Ниязов Р.А. Проектная оценка качества функционирования систем сбора и обработки информации при неблагоприятных воздействиях // Транспортное дело России. – 2013. – № 5. – С. 213–216.
5. Миронов А.Н. Прогнозирование показателей долговечности стартовых комплексов на основе интегрированных структурных моделей предельного состояния // Двойные технологии. – 2000. – № 1. – С. 23–25.
6. Миронов А.Н., Новиков А.Н., Малахов А.В. Индивидуально-групповое прогнозирование остаточного ресурса измерительных комплексов по экономическому критерию // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. – 2016. – Т. 8, № 4. – С. 25–30.
7. Миронов А.Н., Пальгунов В.Ю., Ковальский А.А. Математическая модель достижения предельного состояния антенных систем наземных станций измерительного комплекса космодрома «Плесецк» // Известия Института инженерной физики. – 2016. – Т. 1, № 39. – С. 31–36.
8. Митчелл Р. Моральный износ и как с ним бороться [Электронный ресурс] // Computerworld Россия. – 2008. – № 32. – URL: http://www.osp.ru/cw/2008/32/5462756.
9. Шестопалова О.Л. Прогнозирование моральной долговечности распределенных информационных систем с учетом прогрессирующих ограничений на возможности восстановления ресурса элементной базы [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6; URL: https://science-education.ru/ru/article/view id=11078 (дата обращения: 30.05.2017).
10. Шестопалова О.Л., Муравьев А.В. Прогнозирование срока службы информационной системы с учетом морального старения элементной базы технических средств // Транспортное дело России. – 2014. – № 6. – С. 186–189.

Темпы практического внедрения современных достижений научно-технического прогресса в области развития информационных технологий в настоящее время сравнимы или опережают замену масштабных отраслевых и (или) корпоративных информационных систем (ИС) на более современные аналоги [1, 2, 4, 6, 8–10]. Ввиду этого ускоряются процессы морального старения (МС) ИС, которое в настоящее время практически всегда предшествует физическому старению ИС.

Сложившаяся ситуация обусловливает актуальность вопросов учета фактора МС при решении задачи управления развитием ИС. В настоящее время различают экономическое, функциональное и ресурсное МС ИС [9, 10].

Последний вид морального старения (его иногда называют моральным старением 3-го рода) применительно к классу прикладных распределенных ИС впервые рассмотрен О.Л. Шестопаловой в работе [9] как «деградация ресурсной отказоустойчивости» ИС. Данный вид МС обусловлен «моральным устареванием элементной базы ИС и деградацией ремонтных технологий, при этом возрастает вероятность перехода ИС в предельное состояние, связанное с невозможностью дальнейшей эксплуатации ИС в связи с появлением неустранимых отказов ее составных частей» [9].

Цель исследования. В данной статье рассматриваются вопросы поиска предпочтительных путей компенсирования МС оборудования ИС, связанного с деградацией ресурсной отказоустойчивости (ДРОУ), а именно – выработка решений по снижению возможности возникновения неустранимых отказов оборудования ИС, т.е. обоснование способов компенсирования деградации ресурсной отказоустойчивости информационных систем. При этом необходимо провести классификацию методов компенсации ДРОУ ИС, а также получить аналитические выражения для расчета и ранжирования оценок показателей технико-экономической эффективности применения различных методов компенсации деградации ресурсной отказоустойчивости.

Материалы и методы исследования

Рассмотрим ИС как восстанавливаемую систему с ограничениями на возможность восстановления работоспособности ее элементов при их отказах.

Предположим, что в состав ИС входят m разнотипных модулей, каждый из которых содержит lk, Shestopal01.wmf элементов, надежность функционирования которых характеризуется вектором

Shestopal02.wmf

где pik, Shestopal03.wmf Shestopal04.wmf – значения вероятностей безотказной работы (ВБР) элементов модулей ИС.

Пусть задан вектор Shestopal05.wmf вероятностей нормального функционирования (ВНФ) элементов подсистемы восстановления технического ресурса (ПВТР), задействованных при восстановлении работоспособности k-го модуля ИС, Shestopal06.wmf Данные элементы являются внешними по отношению к структуре ИС, однако необходимы для исследования запаса ресурсной отказоустойчивости ИС.

Будем рассматривать четыре типа элементов ПВТР ИС с вероятностями: r1k(t), r2k(t), r3k(t), r4k(t), Shestopal07.wmf:

– элементы типа 1 – характеризующие текущую возможность неисчерпания ЗИП модулей ИС;

– элементы типа 2 – характеризующие текущую возможность пополнения ЗИП модулей ИС;

– элементы типа 3 – характеризующие текущую степень наличия специалистов по ремонту модулей ИС;

– элементы типа 4 – характеризующие текущую степень наличия доступных технологий ремонта модулей ИС.

Как показано в работах [2, 5, 7], вероятность недостижения предельного состояния (ВНПС) ИС определяется как

Shestopal08.wmf (1)

Из (1) можно видеть, что противодействие проявлению ДРОУ ИС зависит от степени надежности оборудования ИС, фактического запаса ЗИП, возможностей восполнения ЗИП, наличия специалистов по ремонту оборудования ИС и технологий ремонта.

Следовательно, можно классифицировать методы компенсации ДРОУ ИС на группы и виды следующим образом (рисунок). Все методы компенсации ДРОУ ИС разделим на методы модернизации оборудования (ММод) ИС и методы повышения обеспеченности эксплуатационных процессов (МПОб) ИС. ММод ИС предполагают либо замену элементной базы ИС на более современную, либо применение новых технических решений, либо и то, и другое [10]. МПОб включают методы: уточнения (корректирования) объема и номенклатуры ЗИП; улучшения механизмов восполнения ЗИП; совершенствования системы обучения специалистов ремонту модулей ИС; сохранение и совершенствование ремонтных технологий.

Результаты исследования и их обсуждение

Выбор предпочтительного метода из перечисленного выше перечня будем осуществлять, опираясь на результаты анализа их технико-экономической эффективности (ТЭЭ) [3].

Пусть установлено, что в результате модернизации i-го модуля ИС его ВБР на интервале Δt возрастает на величину Δp1i. Оценка затрат на модернизацию равна Shestopal09.wmf. Приращение ВНПС ИС при данной модернизации составит

Shestopal10.wmf (2)

pic_Shestopal_1.wmf

Классификация методов компенсации ДРОУ ИС

Тогда показатель ТЭЭ модернизации i-го модуля ИС можно оценить как

Shestopal11.wmf (3)

где Shestopal12.wmf – значение ВНПС ИС, рассчитанное при единичных значениях вероятностей p1i, а Shestopal13.wmf – соответствующая оценка ВНПС ИС при нулевых значениях вероятностей p1i.

Введем в рассмотрение подмножество индексов Shestopal14.wmf для элементов p1i, Shestopal15.wmf и подмножество индексов Shestopal16.wmf для элементов rjk, Shestopal17.wmf Shestopal18.wmf n = m×4. Тогда значение показателя ТЭЭ модернизации ИС можно рассчитать как

Shestopal19.wmf (4)

Оценки ТЭЭ модернизации ИС вида (3) и (4) являются абсолютными. Для получения относительных оценок введем нормирование:

Shestopal20.wmf

Shestopal21.wmf (5)

Рассмотрим способ модернизации, связанный с применением новых технических решений для модулей ИС.

Если количество и назначение модулей при этом остается прежним (т.е. модернизация затрагивает только внутреннюю структуру модулей ИС), то показатели ТЭЭ модернизации ИС в данном случае оцениваются аналогично описанному выше с применением соотношений (3)–(5). Если же изменяется структура ИС, то следует скорректировать структурную модель достижения предельного состояния (ДПС) ИС (построить новое ДПС [5]), далее получить скорректированное выражение для ВНПС:

Shestopal22.wmf

где P′(t) – зависимость ВНПС от времени для модернизированной ИС с измененной структурой. В этом случае новое (скорректированное) значение показателя ТЭЭ модернизации ИС может быть определено как

Shestopal23.wmf

где Δt – интервал времени, отсчитываемый от момента окончания модернизации; Shestopal24.wmf – затраты на модернизацию; P′(t, Δt) – значение ВНПС для ИС после модернизации; P(t, Δt) – значение ВНПС ИС до модернизации.

Относительная оценка в данном случае может быть рассчитана как

Shestopal25.wmf

Проанализируем особенности оценивания показателей ТЭЭ отдельных МПОб ИС при следующих допущениях:

– модернизация обеспеченности эксплуатации для i-го модуля ИС увеличивает – вероятность r1i(t) – неисчерпания ЗИП i-го модуля на интервале Δt на величину r1i;

– затраты на модернизацию составляют Shestopal26.wmf;

– ВНПС ИС при этом возрастает на величину Shestopal27.wmf

Shestopal28.wmf – оценка ВНПС ИС при единичных вероятностях r1i в формуле (1);

Shestopal29.wmf оценка ВНПС ИС при нулевых вероятностях r1i в формуле (1).

Тогда оценка показателя ТЭЭ корректирования объема и номенклатуры ЗИП i-го модуля ИС может быть рассчитана как

Shestopal30.wmf

Оценка показателя ТЭЭ корректирования объема и номенклатуры ЗИП для ИС в целом получается как

Shestopal31.wmf

Относительные оценки ТЭЭ корректирования объема и номенклатуры ЗИП рассчитываются как

Shestopal32.wmf

Shestopal33.wmf

Аналогичным образом рассчитываются оценки ТЭЭ улучшения механизмов восполнения ЗИП: Shestopal34.wmf Shestopal35.wmf Shestopal36.wmf Shestopal37.wmf совершенствования системы обучения специалистов ремонту модулей ИС: Shestopal38.wmf Shestopal39.wmf Shestopal40.wmf Shestopal41.wmf и сохранения и совершенствования ремонтных технологий: Shestopal42.wmf Shestopal43.wmf Shestopal44.wmf Shestopal45.wmf

Приведем алгоритм реализации поиска наиболее эффективного метода компенсации ДРОУ ИС.

1. На основе анализа ДПС ИС определим вид зависимости (1) (ВНПС ИС от ВБР элементов оборудования ИС и ВНФ элементов ПВТР ИС).

2. Оценим значения ВБР модулей p1k; ВНФ r1k(t) (неисчерпания ЗИП модулей ИС); ВНФ r2k(t) (пополнения ЗИП модулей); ВНФ r3k(t) (вероятностей наличия специалистов по ремонту модулей); ВНФ r4k(t) (вероятностей наличия доступных технологий ремонта модулей), где Shestopal46.wmf на интервале Δt.

3. Оценим величины приращений вероятностей и соответствующие затраты для каждого модуля по всем рассматриваемым методам модернизации:

Shestopal47.wmf Shestopal48.wmf Shestopal49.wmf

Shestopal50.wmf Shestopal51.wmf Shestopal52.wmf Shestopal53.wmf

4. Рассчитаем оценки показателей ТЭЭ для отдельных методов модернизации:

Shestopal54.wmf Shestopal55.wmf Shestopal56.wmf Shestopal57.wmf

Shestopal58.wmf Shestopal59.wmf Shestopal60.wmf

где Shestopal61.wmf Shestopal62.wmf n = m×4.

5. Проранжируем оценки показателей ТЭЭ:

Shestopal63.wmf Shestopal64.wmf Shestopal65.wmf

либо

Shestopal66.wmf Shestopal67.wmf Shestopal68.wmf Shestopal69.wmf

6. Выберем наиболее эффективный метод компенсации ДРОУ ИС:

– при

Shestopal70.wmf

нужно заменить элементную базу оборудования ИС на более современную и надежную;

– при

Shestopal71.wmf

нужно применить новые технические решения построения модулей ИС (ИС в целом);

– при

Shestopal72.wmf

нужно корректировать объем и номенклатуру ЗИП ИС;

– при

Shestopal73.wmf

нужно улучшить механизмы восполнения ЗИП;

– при

Shestopal74.wmf

нужно совершенствовать систему обучения специалистов ремонту ИС;

– при

Shestopal75.wmf

нужно предпринять меры по сохранению и совершенствованию ремонтных технологий.

7. Далее целесообразно определить наиболее предпочтительные пути реализации выбранного метода посредством анализа оценок показателей:

Shestopal76.wmf

Shestopal77.wmf

либо

Shestopal78.wmf

Shestopal79.wmf

Выводы

В статье описаны особенности обоснования методов управления развитием информационных систем в направлении компенсирования деградации ресурсной отказоустойчивости. Описана классификация методов компенсации деградации ресурсной отказоустойчивости. Выделены два вида методов: методы модернизации оборудования информационных систем и методы повышения обеспеченности эксплуатационных процессов. Получены аналитические выражения для расчета оценок показателей ТЭЭ применения различных методов компенсации ресурсной отказоустойчивости. При этом использован математический аппарат деревьев предельного состояния. Описан подход к обоснованию выбора наиболее рационального с точки зрения максимума показателя ТЭЭ метода управления развитием ИС с использованием результатов ранжирования оценок показателей ТЭЭ.


Библиографическая ссылка

Шестопалова О.Л. УПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ МОНИТОРИНГА МОРАЛЬНОГО СТАРЕНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 6. – С. 103-107;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36707 (дата обращения: 25.11.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074