РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ТЕОРИЯ

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора Института кибернетики
по учебной работе
________________ С.А. Гайворонский
«___»_____________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕОРИЯ НАДЕЖНОСТИ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
220400 Управление в технических системах
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ
Управление и информатика в технических системах
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС 4
СЕМЕСТР 8
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
бакалавр
2013 г.
3 кредита ECTS
Б2.Б1, Б2.В2, Б2.В5.1, Б3.Б9
Б3.В.1.3, Б3.В.1.6
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
лекции
10 час.
практические занятия
20 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
30 час.
36 час.
ИТОГО
66 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
экзамен
кафедра АиКС
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ АиКС ______________________ Цапко Г.П.
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
________________________ Коновалов В.И.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_________________________ Ефремов А.А.
2011 г.
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины «Теория надежности» является приобретение студентами
знаний по способам оценки надежности проектируемых и эксплуатируемых систем,
усвоение студентами используемого при этом математического аппарата и приобретение
практических навыков по применению этого аппарата для анализа надежности
аппаратного и программного обеспечения систем.
Поставленные цели полностью соответствуют целям (Ц1-Ц3, Ц6) ООП.
2. МЕСТО МОДУЛЯ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Теория надежности» (Б2.В4) входит в состав вариативной части
математического и естественнонаучного цикла дисциплин учебного плана.
Пререквизитами данной дисциплины являются: Математика, Спецглавы математики,
Математические основы теории систем, Моделирование систем управления.
Кореквизиты – Автоматизированные
Программное обеспечение АСУ ТП.
информационно
управляющие
системы,
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Формируемые
компетенции в
соответствии с
ООП*
Р1
Р3
Р6
Результаты освоения дисциплины
Результаты освоения дисциплины позволят студенту знать:
 разделы теории вероятностей и математической
статистики, используемые при оценке надежности
систем;
 основы теории надежности программного обеспечения;
 способы решения основных проблем, возникающих при
анализе и проектировании систем.
Результаты освоения дисциплины позволят студенту уметь:
 определять количественные характеристики надежности
резервируемых и нерезервируемых восстанавливаемых и
невосстанавливаемых систем;
 применять современные информационные технологии
(пакеты прикладных программ) в задачах оценки
надежности.
Результаты освоения дисциплины позволят студенту владеть:
 навыками использования методов расчета и повышения
надежности систем;
 навыками прогнозирования отказов аппаратного и
программного обеспечения.
В процессе
компетенции:
освоения
дисциплины
у
студентов
развиваются
следующие
1. Универсальные (общекультурные):
 способность стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и
мастерства (ОК-6 ФГОС);
 способность осознавать социальную значимость своей будущей профессии,
обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности
(ОК-8 ФГОС)
 готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применять методы математического анализа
и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10
ФГОС).
2. Профессиональные:






способность владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных (ПК-5 ФГОС);
способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать
научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать
достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);
способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и
проектирования систем и средств автоматизации и управления (ПК-9);
готовность к участию в работах по изготовлению, отладке и сдаче в
эксплуатацию систем и средств автоматизации и управления (ПК-15);
способность выполнять эксперименты на действующих объектах по заданным
методикам и обрабатывать результаты с применением современных
информационных технологий и технических средств (ПК-19);
способность проводить вычислительные эксперименты с использованием
стандартных программных средств с целью получения математических
моделей процессов и объектов автоматизации и управления (ПК-20).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Содержание разделов дисциплины:
1. Ведение в теорию надежности.
Значение проблемы и предмет науки о надежности. Краткая историческая справка.
Основные понятия теории надежности. Вероятность безотказной работы (ВБР),
вероятность отказа, интенсивность отказов, среднее время до отказа, плотность
распределения времени отказов. Основные соотношения между единичными
количественными показателями. Независимые, полные и частичные отказы; явные
и скрытые отказы; внезапные и постепенные отказы; конструкционные,
производственные и эксплуатационные отказы.
2. Расчет надежности невосстанавливаемых технических систем.
Экспоненциальная модель надежности, модель Вейбулла-Гнеденко. Модель РэлеяРайса. Основное соединение элементов. Характеристики надежности при основном
соединении элементов. Понятие резервирования. Типы резервирования.
Постоянное (активное) резервирование. Полное и раздельное резервирование.
Резервирование замещением. «Теплый» и «холодный» резерв. Основные
характеристики надежности для параллельного резервирования. Блок-схемы
надежности. Последовательно-параллельное соединение. Резервирование с
дробной кратностью. Скользящее резервирование. Мажоритарное резервирование.
3. Системы с восстановлением.
Коэффициенты готовности и ремонтопригодности. Расчет надежности
резервированных восстанавливаемых вычислительных систем. Граф состояний и
переходов. Уравнения Колмогорова-Чепмена.
4.2 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения приведена в
таблице 1.
Таблица 1
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Ведение в теорию надежности
2. Расчет надежности
невосстанавливаемых технических
систем
3. Системы с восстановлением
Итого
Аудиторная работа (час)
Лек Практ./ Лаб. зан.
ции сем.
зан.
2
2
5
9
3
10
7
18
0
СРС
(час)
Колл,
Контр.
Р.
6
Итого
10
16
1
31
14
36
1
2
25
66
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В таблице 2 приведено описание образовательных технологий, используемых в
данном модуле.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
*-Тренинг, **-Мастер-класс
+
+
Лаб. раб.
Пр. зан./
Сем.,
+
+
+
Тр*.,
Мк**
СРС
+
+
+
+
+
+
+
+
К. пр.
6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
6.1 Самостоятельную работу студентов (СРС) можно разделить на текущую и
творческую.
Текущая СРС – работа с лекционным материалом, подготовка к практическим
занятиям и контрольным работам; опережающая самостоятельная работа; изучение тем,
вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к экзамену.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) – поиск, анализ, структурирование и презентация информации по темам
индивидуальных заданий.
6.2
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Содержание самостоятельной работы студентов
Тема индивидуального задания
Показатели безотказности, долговечности, сохраняемости
Нормальное распределение в теории надежности
Потоки отказов и восстановлений
Влияние глубины контроля на расчет надежности
Расчет функциональной надежности систем
Методы моделирования надежности сложных систем
Испытания на надежность
Обработка результатов многофакторных испытаний на надежность
Методы повышения надежности систем
Надежность оперативного персонала сложных систем
Надежность программного обеспечения (ПО)
Модели надежности ПО
Методы оценивания надежности ПО
Законы распределения времени отказов
Лямбда-характеристика
Нечеткая надежность
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм:
самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль в обучающей программе, контроль знаний, полученных с помощью
обучающей программы.
Выступление с докладом по теме индивидуального задания.
По результатам текущего и рубежного контроля формируется допуск студента к
экзамену. Экзамен проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.
6.4
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы студентов используются сетевые информационные и
образовательные ресурсы:
1. http://reliability-theory.ru/
2. http://www.twirpx.com/files/machinery/reliability/
3. http://www.edu.ru
4. http://www.springerlink.com/
7. СРЕДСТВА (ФОС) ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ МОДУЛЯ
7.1. Текущий контроль
Текущий контроль изучения дисциплины состоит из следующих видов:
 контроль за решением практических и индивидуальных заданий;
 контроль усвоения теоретического материала – проведение контрольных работ.
По результатам проведенных видов контроля формируется допуск студента к итоговому
контролю – экзамену.
7.2. Итоговый контроль
Примерный перечень экзаменационных вопросов:
1. Определение надежности. Работоспособность и неработоспособность
2. Основное соединение. Основные характеристики надежности.
3. Основные характеристики надежности: Вероятность безотказной работы.
Вероятность отказа. Среднее время безотказной работы
4. Простейший поток отказов. Стационарность, ординарность, отсутствие
последействия. Потоки Эрланга.
5. Интенсивность отказов. Связь интенсивности отказов и вероятности
безотказной работы
6. Экспоненциальное распределение. Распределение Вейбулла-Гнеденко.
7. Понятие резервирования. Типы резервирования.
8. «Горячий» (нагруженный) резерв. Основные характеристики надежности.
9. «Холодный» (ненагруженный) резерв. Основные характеристики надежности.
10. «Теплый» (недогруженный) резерв. Основные характеристики надежности.
11. Мажоритарное резервирование. Системы k из N.
12. Резервирование с дробной кратностью. Скользящее резервирование.
13. Последовательно-параллельные системы. Не последовательно-параллельные
системы.
14. Системы
с
восстановлением.
Коэффициенты
готовности
и
ремонтопригодности..
15. Расчет надежности с помощью графов. Уравнение Колмогорова-Чепмена.
16. Надежность программного обеспечения. Основные определения.
17. Математические модели для интенсивности отказов ПО.
18. Плотность отказов ПО.
19. Влияние контроля и диагностики на надежность ИС.
20. Влияние человека-оператора на функционирование ИС.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
МОДУЛЯ
 Основная литература:
1. Яхьяев Н.Я. Основы теории надежности и диагностика : учебник для вузов / Н. Я.
Яхьяев, А. В. Кораблин. — 2-е изд., перераб.. — Москва: Академия, 2014. — 208 с..
— Высшее профессиональное образование. Транспорт. —Бакалавриат. —
Библиогр.: с. 205.. — ISBN 978-5-7695-9871-5.
2. Каштанов В.А. Теория надежности сложных систем : учебное пособие для вузов /
В. А. Каштанов, А. И. Медведев. — 2-е изд., перераб.. — Москва: Физматлит, 2010.
— 608 с.. — Библиогр.: с. 600-605. — Предметный указатель: с. 606-608.. — ISBN
978-5-9221-1132-4.
3. Малафеев С.И. Надежность технических систем [Электронный ресурс] : : учеб.
пособие / С.И. Малафеев, А.И. Копейкин. — Москва: Лань, 2012. — 320 с.: ил.: 21
см. — Учебники для вузов. Специальная литература. — В пер. —Библиогр.: с. 307310.. — ISBN 978-5-8114-1268-6: 619 р. 96 к. — Электронная версия печатной
публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ [Схема доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=2778].
4. Труханов В.М. Надежность сложных систем на всех этапах жизненного цикла / В.
М. Труханов, А. М. Матвеенко. — Москва: Спектр, 2012. — 664 с.: ил.. —
Библиогр.: с. 613-614.. — ISBN 978-5-904270-94-0.
5. Малафеев С.И. Надежность технических систем. Примеры и задачи : учебное
пособие / С. И. Малафеев, А. И. Копейкин. — СПб.; Москва; Краснодар: Лань,
2012. —313 с.: ил.. — Учебники для вузов. Специальная литература. — Библиогр.:
с. 307-310.. — ISBN 978-5-8114-1268-6.
6. Шкляр В.Н. Надежность систем управления [Электронный ресурс] : учебное
пособие / В. Н. Шкляр; Национальный исследовательский Томский
политехнический университет (ТПУ). — 1 компьютерный файл (pdf; 1.2 MB). —
Томск: Изд-во ТПУ, 2011. — Заглавие с титульного экрана. — Электронная версия
печатной публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ [Схема доступа:
http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2011/m416.pdf]. — Системные требования: Adobe
Reader.
 Дополнительная литература:
1. Бочкарев С.В. Диагностика и надежность автоматизированных технологических
систем : учебное пособие для вузов / С. В. Бочкарев, А. И. Цаплин, А. Г.
Схиртладзе. — Старый Оскол: ТНТ, 2013. — 615 с.: ил.. — Библиогр.: с. 584-586..
— ISBN 978-5-94178-371-7.
2. Острейковский В.А. Теория надежности : учебник для вузов / В. А. Острейковский.
— 2-е изд., испр.. — Москва: Высшая школа, 2008. — 463 с.: ил.. — Библиогр.: с.
457-458.. — ISBN 978-5-06-005954-0.
3. Обеспечение надежности сложных технических систем : учебник для вузов / А. Н.
Дорохов [и др.]. — СПб.: Лань, 2011. — 349 с.: ил.. —Учебники для вузов.
Специальная литература. — Библиогр.: с. 341-342. — Перечень условных
обозначений и сокращений: с. 5-6.. — ISBN 978-5-8114-1108-5.
4. Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем : учебник / В. А. Зорин.
—Москва: Академия, 2009. — 205 с.: ил.. — Высшее профессиональное
образование. Транспорт. — Библиогр.: с. 202.. — ISBN 978-5-7695-6003-3.
5. Казаков С.П. Теория вероятностей, случайные процессы и математическая
статистика [Электронный ресурс] : учебное пособие / С. П. Казаков; Национальный
исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Новокузнецкий
филиал (НФ). — 1 компьютерный файл (pdf; 681 KB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2010.
— Заглавие с титульного экрана. — Доступ из корпоративной сети ТПУ [Схема
доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2011/m310.pdf]. — Системные требования:
Adobe Reader.
 Программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. Математический пакет Mathcad 14
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДУЛЯ
Лекционные и практические занятия
материально-технических ресурсов.
не требуют
применения
дополнительных
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 220400 «Управление в технических системах».
Программа одобрена на заседании кафедры автоматики и компьютерных систем.
(протокол № от « »
2011 г.).
Автор
Ефремов А.А.
Рецензент
Аврамчук В.С.