系统可靠性计算

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系统可靠性计算是软考考试的一个重点,近些年几乎每次考试都会考到,但这个知识点的难度不高,了解基本的运算公式,即可轻松应对。

可靠性计算主要涉及三种系统,即串联系统、并联系统和冗余系统,其中串联系统和并联系统的可靠性计算都非常简单,只要了解其概念,公式很容易记住。冗余系统要复杂一些。在实际的考试当中,考得最多的就是串并混合系统的可靠性计算。所以要求我们对串联系统与并联系统的特点有基本的了解,对其计算公式能理解、运用。下面将对这些计算的原理及公式进行详细的说明。

串联系统

假设一个系统由n个子系统组成,当且仅当所有的子系统都能正常工作时,系统才能正常工作,这种系统称为串联系统。
在这里插入图片描述

设系统各个子系统的可靠性分别用

R

1

R_1

R1

R

2

R_2

R2,……,

R

n

R_n

Rn表示,则系统的可靠性R=

R

1

R_1

R1×

R

2

R_2

R2×…×

R

n

R_n

Rn

如果系统的各个子系统的失效率分别用

λ

1

\lambda_1

λ1

λ

2

\lambda_2

λ2,……,

λ

n

\lambda_n

λn来表示,则系统的失效率

λ

\lambda

λ=

λ

1

\lambda_1

λ1×

λ

2

\lambda_2

λ2×…×

λ

n

\lambda_n

λn

并联系统

假如一个系统由n个子系统组成,只要有一个子系统能够正常工作,系统就能正常工作,如下图所示。
在这里插入图片描述
设系统各个子系统的可靠性分别用

R

1

R_1

R1

R

2

R_2

R2,……,

R

n

R_n

Rn表示,则系统的可靠性R=1-(1-

R

1

R_1

R1)×(1-

R

2

R_2

R2)×…×(1-

R

n

R_n

Rn) 。

假如所有子系统的失效率均为

λ

\lambda

λ,则系统的失效率为

μ

\mu

μ

μ

1

1

λ

j

=

1

N

1

j

\mu=\frac{1}{\frac{1}{\lambda}\sum_{j=1}^N{\frac{1}{j}}}

μλ1j=1Nj11
在并联系统中只有一个子系统是真正需要的,其余n-1个子系统都被称为冗余子系统。该系统随着冗余子系统数量的增加,其平均无故障时间也会增加。

串并混合系统

串并混合系统实际上就是对串联系统与并联系统的综合应用。我们在此以实例说明串并混合系统的可靠性如何计算。

例1:某大型软件系统按功能可划分为2段P1和P2。为提高系统可靠性,软件应用单位设计了如下图给出的软件冗余容错结构,其中P1和P2均有一个与其完全相同的冗余备份。若P1的可靠度为0.9,P2的可靠度为0.9,则整个系统的可靠度是 。

供选择的答案
  A. 0.6561
  B. 0.81
  C. 0.9801
  D. 0.9

试题分析

当系统采用串联方式时,其可靠度R可由公式R=

R

1

R_1

R1×

R

2

R_2

R2×…×

R

n

R_n

Rn求得。当系统采用并联方式时,其可靠度R可由公式R=1-(1-

R

1

R_1

R1)×(1-

R

2

R_2

R2)×…×(1-

R

n

R_n

Rn)求得。这个系统总的来说是串联,但分成两个并联部分。第一部分的可靠度为:R1=1-(1-0.9)(1-0.9)=0.99;第二部分的可靠度也为:R2=0.99;所以整个系统的可靠度为:R=R1R2=0.9801 ,C答案。

试题答案:C

上面的例题是属于常规形式的可靠性计算题,如果把这种试题再拨高一个层次,可以。
例2:1台服务器、3台客户机和2台打印机构成了一个局域网(如图4所示)。在该系统中,服务器根据某台客户机的请求,数据在一台打印机上输出。设服务器、各客户机及各打印机的可靠度分别为a、b、c,则该系统的可靠度为 。

A.a

b

3

b^3

b3

c

3

c^3

c3
B.a(1-

b

3

b^3

b3)(1-

c

2

c^2

c2)
C.a

(

1

b

)

3

(1-b)^3

(1b)3

(

l

c

)

2

(l-c)^2

(lc)2
D.a(1-

(

1

b

)

3

(1-b)^3

(1b)3)(1-

(

l

c

)

2

(l-c)^2

(lc)2)

例题分析:在试题给出的系统中,客户机之间是并联的(任何一台客户机出现故障,对其他客户机没有影响),同理,打印机之间是也并联关系。然后,客户机、服务器、打印机之间再组成一个串联关系。因此,我们可以把该系统简化为:已知服务器、各客户机及各打印机的可用性分别为a、b、c,因此整个系统的可用性为:R=a(1-

(

1

b

)

3

(1-b)^3

(1b)3)(1-

(

l

c

)

2

(l-c)^2

(lc)2)

例题答案:D

模冗余系统

m模冗余系统由m个(m=2n+1为奇数)相同的子系统和一个表决器组成,经过表决器表决后,m个子系统中占多数相同结果的输出可作为系统的输出。
在这里插入图片描述
在m个子系统中,只有n+1个n+1个以上的子系统能正常工作,系统就能正常工作并输出正确结果。假设表决器是完全可靠的,每个子系统的可靠性为

R

0

R_0

R0,则m模冗余系统的可靠性为:

R

=

i

=

n

+

1

N

[

j

N

]

R

0

i

(

1

R

0

)

N

i

R=\sum_{i=n+1}^N{ \left[ \begin{matrix} j \\ N \end{matrix} \right] * R^i_0(1-R_0)^{N-i}}

R=i=n+1N[jN]R0i(1R0)Ni


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