автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Логико-вероятностный анализ надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата

На правах рукописи

Мушовец Константин Владимирович

ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (космические и информационные технологии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 ИЮН 2013

005061¿ои

Красноярск - 2013

005061230

Работа выполнена в ФГБОУ- ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева» (СибГАУ), г. Красноярк.

Попов Алексей Михайлович, доктор физико-математических наук, профессор

Петров Михаил Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева», заведующий кафедрой электронной техники и телекоммуникаций Малинкин Виталий Борисович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», г. Новосибирск, профессор кафедры многоканальной связи и оптических систем

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный

университет», г. Красноярск

Защита диссертации состоится «28» июня 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.249.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева» по адресу: 660014, г. Красноярск, проспект им. газеты «Красноярский рабочий», 31.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева».

Автореферат разослан «1% мая 2013 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета

Александр Алексеевич Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

С недавнего времени одним из наиболее важных направлений развития отдельных отраслей и всего государства в целом стала космическая деятельность. Сегодня уже трудно представить себе поддержание конкурентоспособности на мировом рынке таких сфер деятельности, как военная и гражданская навигация, межевание в сельском хозяйстве, связь, вещание, контроль перемещения и эксплуатации транспортных средств без применения космических технологий. К тому же, как никогда актуальной стала задача исследования космического пространства.

Для достижения изложенных задач необходимо расширять возможности космических аппаратов, что неминуемо ведет к их усложнению, а, следовательно, требует постоянного повышения уровня контроля качества их производства и эксплуатации. Если для наземного комплекса управления можно применить выверенные алгоритмы построения центров обеспечения доступа, для которых разработано множество описательных международных стандартов, то в случае обеспечения надежности космического аппарата необходимо учесть особенности условий эксплуатации оборудования, входящего в его состав: безвоздушное пространство, отсутствие гравитации, мощное электромагнитное влияние космических тел и пр. Также важным условием является невозможность прямого доступа обслуживающего персонала в течение всего периода эксплуатации системы. Мониторинг состояния и управление оборудованием, размещенным на борту космического аппарата, обеспечивается лишь посредством получения телеметрии, анализа полученной информации и передачи соответствующих управляющих разовых команд.

Таким образом, обеспечение надежности обработки телеметрической информации является первостепенной задачей обеспечения эффективного функционирования космического аппарата. Своевременно проведенный анализ на всех этапах жизни системы позволит определить оптимальные пути достижения необходимого уровня надежности ее функционирования. Поэтому разработка эффективной методики анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата (далее по тексту - ТС КА) является актуальной научно-практической задачей.

Примером высокой значимости получения достоверной телеметрии могут послужить факты эксплуатации японского межпланетного зонда «Хаябуса», предназначенного для испытания электрореактивных двигателей и системы автономной навигации, который был запущен с космодрома Утпиоура 9 мая 2003 года.

Сразу после старта один из четырех ионных двигателей показал нестабильную работу, вследствие чего был отключен из центра управления полетами. В ноябре 2003 года мощность двигателей была снижена, поскольку солнечные батареи были повреждены вспышкой на Солнце, лишив аппарат значительной части энергии. В течение 7 лет космический аппарат преследовала череда отказов оборудования. Однако своевременно полученная информация обо всех происшествиях позволила обеспечить выполнение поставленных задач.

Целью работы является повышение эффективности анализа надежности ТС КА.

Задачи. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) рассмотреть существующие методы анализа надежности технических систем и определить метод анализа, позволяющий учитывать влияния факторов, снижающих надежность исследуемого объекта;

2) обеспечить возможность применения выбранного метода анализа к ТС КА;

3) разработать универсальную модель, позволяющую проводить анализ надежности ТС КА с учетом факторов, снижающих надежность;

4) разработать методику анализа надежности ТС КА на основе универсальной модели;

5) провести апробацию разработанной методики анализа надежности ТС КА.

Методы исследования. В качестве основных методов исследования применялись методы системного анализа, теории надежности, теории массового обслуживания, теории математической логики, теории вероятностей, вычисления и имитационное моделирование на ЭВМ.

Научная новизна проведенных исследований и полученных в работе результатов заключается в следующем:

1) предложена модификация аналитического общего логико-вероятностного метода (далее по тексту - ОЛВМ), отличающаяся добавлением этапа классификации вредоносных воздействий, которая позволяет сократить трудозатраты при построении структурно-функциональных схем;

.2) впервые разработана универсальная модель надежности ТС КА, основанная на применении модифицированного ОЛВМ, которая позволяет учитывать влияния вредоносных воздействий;

3) разработана новая методика анализа надежности ТС КА, основанная на применении универсальной модели, которая позволяет определить вероятность безотказной работы системы и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) предложенная модификация ОЛВМ позволяет сократить трудозатраты при построении структурно-функциональных схем;

2) разработанная универсальная модель надежности ТС КА позволяет учитывать влияния вредоносных воздействий;

3) разработанная методика анализа надежности ТС КА позволяет определить вероятность безотказной работы системы и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи исследования, разработаны основные положения программы и методики работ, собран, обработан и проанализирован теоретический материал, предложена модификация ОЛВМ, разработана Универсальная модель надежности ТС КА, разработана методика анализа надежности ТС КА, проведена апробация методики.

Практическая значимость результатов. Результаты диссертационного исследования были использованы при создании программы для ЭВМ, предназначенной для расчета вероятности безотказной работы ТС КА и определения вклада элементов в вероятность безотказной работы в целом. Программные продукты, задействованные в реализации указанного средства, прошли

экспертизу и зарегистрированы (№ сертификата 2012660386 и № сертификата 2012660385).

Результаты работы использованы в ходе выполнения государственного контракта от 20.05.2010 г. № П757 «Анализ, моделирование и управление техногенными рисками элементов космических телекоммуникационных систем» при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках соглашения № 14.В37.21.0451«Исследование и разработка сетевой архитектуры бортового комплекса управления малого космического аппарата».

Методика анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата, разработанная в рамках настоящей работы, рекомендована ОАО «Информационные спутниковые системы» для отработки в процессе проектирования малых космических аппаратов класса «МИР» о чем свидетельствует справка о внедрении.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры Безопасности информационных технологий Сибирского государственного аэрокосмического университета (г. Красноярск, 2009-2011), III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности информационных технологий» (г. Красноярск, 2009), X Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2010), I Международной научно-практической конференции «Технические науки - основа современной инновационной системы» (г. Йошкар-Ола, 2012), II Всероссийской конференции по проблемам информационной безопасности «Перспектива-2012» (г. Таганрог, 2012), IV Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» (г. Красноярск, 2012).

Публикации по теме диссертации. Результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях, в том числе в 4 публикациях в изданиях из перечня ВАК. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.

Имеются свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 102 наименования, 2 приложений. Общий объем работы составляет 115 страниц, в том числе 24 рисунка и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, дана краткая аннотация

разделов диссертации.

В первой главе «Проблема надежности технических систем» проведено исследование существующих подходов к проблеме надежности технических систем и определения влияния элементов на общую надежность исследуемого объекта. Рассмотрены принципы применения OJIBM для проведения анализа надежности технических систем и процесс формирования схемы функциональной целостности (далее по тексту - СФЦ) на этапе первичного структурно-логического моделирования.

ТС КА может быть представлена только немонотонной моделью, поскольку в ее состав входят элементы двух видов: увеличение вероятности реализации одних

приводит к повышению, а увеличение вероятности реализации других -к уменьшению общей надежности системы в целом. Кроме того, модель системы является структурно-сложной, поскольку взаимодействие между событиями невозможно представить только последовательными и параллельными связями.

Марковский анализ, анализ сети Петри, анализ структурных схем надежности (RBD) позволяют проводить анализ надежности структурно-сложных систем. Однако только марковский анализ и анализ сети Петри позволяют также строить немонотонные модели технических систем.

Таким образом, указанные методы подходят для определения вероятности безотказной работы ТС КА. Однако для проведения полноценного анализа надежности, позволяющего определить способы достижения требуемых характеристик ТС КА и определения наименее надежных составляющих, необходимо также определить величину вклада отдельных элементов в надежность системы.

Марковский анализ и анализ сети Петри рассматривают переходы системы из одного состояния в другое, а не взаимное влияние элементов, приводящее к реализации (или нереализации) исследуемого свойства системы. Поэтому для определения влияния отдельных элементов необходимо производить декомпозицию каждого из состояний. К тому же построение цепей Маркова и сетей Петри приводит к большим трудозатратам. Например, минимальное количество операций, необходимых для построения марковской цепи для надежности отдельного элемента ТС КА, составляет 147 операций.

Решить указанные проблемы возможно посредством применения разработанного И.А. Рябининым ОЛВМ, который позволяет строить немонотонные модели структурно-сложных систем, описывающих взаимодействие как элементов системы, так и внешних и внутренних факторов, влияющих на реализацию исследуемого свойства. ОЛВМ также позволяет определять степень влияния отдельных элементов на исследуемое свойство системы посредством таких показателей, как значимость е, положительный вклад ß+ и отрицательный вклад ß". ОЛВМ требует меньше трудозатрат для построения структурно-функциональной схемы, в отличие от вышеописанных методов. Так минимальное количество операций, необходимых для построения СФЦ для надежности отдельного элемента ТС КА, в среднем составляет 70.

Проведенные исследования позволяют заключить, что аналитический общий логико-вероятностный метод анализа надежности технических систем является оптимальным решением, позволяющим разработать Универсальную модель и методику анализа надежности для исследуемой в работе ТС КА.

Во второй главе «Разработка универсальной модели надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата» описана предлагаемая модификация ОЛВМ, снижающая трудозатраты при построении структурно-функциональных схем, проведен анализ общей структуры ТС КА, анализ возможных вредоносных воздействий для элементов системы и изложен процесс разработки универсальной модели надежности ТС КА.

При построении СФЦ для отдельного элемента ТС КА, перебирая все возможные факторы, способные снизить его надежность, и элементы, предназначенные для предотвращения вредоносных воздействий, минимально необходимое количество операций составит от 43 до 97, т.е. в среднем 70. Данный расчет сделан из соображений перебора возможных вредоносных событий (столкновение с внешним объектом естественного происхождения, электромагнитные

наводки технического устройства, находящегося на борту КА и т.д.). При этом 43 операции потребуется, если не существует ни одного источника вредоносного воздействия и исследуется только их актуальность, а 97 операций предполагают наличие хотя бы одного источника для каждого вредоносного воздействия и вспомогательной подсистемы объекта, предназначенной для предотвращения данного воздействия. Учитывая, что источников вредоносного воздействия может быть бесконечно много, в работе рассмотрено только минимальное количество операций, необходимых для разработки СФЦ надежности ТС КА. Чтобы уменьшить трудозатраты на этапе первичного структурно-логического моделирования, предлагается добавить этап классификации вредоносных влияний, изображенный на рисунке 1.

Под основными элементами исследуемой системы понимаются элементы, задачей которых является реализация исследуемого свойства системы (далее по тексту - основные элементы), а под дополнительными элементами понимаются элементы, задачей которых является обеспечение функционирования основных элементов (далее по тексту - дополнительные элементы).

Для разработки Универсальной модели надежности ТС КА необходимо рассмотреть типовые элементы, без которых обработка телеметрии на борту КА невозможна.

За реализацию функции формирования первичных телеметрических данных отвечает система сбора информации (далее по тексту - ССИ), представляющая собой комплекс датчиков различного назначения. Полученная информация посредством телекоммуникационного узла (далее по тексту - ТКУ 1) направляется в формирователь телеметрических кадров (далее по тексту - ФТК), предназначенный для преобразования первичных телеметрических данных в телеметрические кадры. ФТК обеспечивает возможность передачи телеметрии в наземный комплекс управления (далее по тексту - НКУ). Затем телеметрические кадры посредством телекоммуникационного узла (далее по тексту - ТКУ 2) направляются в приемопередающую систему КА (далее по тексту - ППС), которая отправляет телеметрию в канал радиосвязи с НКУ.

Описанные элементы относятся к группе основных элементов ТС КА. Однако для поддержания функционирования основных элементов в состав ТС КА также входят дополнительные элементы, такие как физическая защита КА, система энергоснабжения, система терморегулирования и т.д.

В результате анализа групп возможных вредоносных воздействий на элементы ТС КА было определено, что к ним относятся механические, термические, радиационные, электромагнитные, электрические воздействия, изменение режима функционирования и воздействия жидкости.

Проведенный анализ общей структуры ТС КА и анализ групп возможных вредоносных воздействий, приводящих к отказу элементов системы, позволяет сформировать универсальную модель надежности ТС КА (далее по тексту -Универсальная модель). В качестве примера на рисунке 2 изображен элемент Универсальной модели для ССИ.

Логический критерий функционирования, определяющий условие безотказной работы ССИ, (далее по тексту - ЛКФ), имеет следующий вид:

Усси = *сси ^у^Лу^ Лу^ЛуИрф Лу^Лу^.

Здесь хсси - собственная вероятность безотказной работы системы сбора телеметрии, умв - выходная функция, характеризующая вредоносные воздействия механического характера, утв - выходная функция, характеризующая вредоносные воздействия термического характера, уэв - выходная функция, характеризующая вредоносные воздействия электромагнитного и электрического характера, у1фф -выходная функция, характеризующая вредоносные воздействия, связанные с изменением режима функционирования ССИ, увж - выходная функция, характеризующая вредоносные воздействия жидкости, урв - выходная функция, характеризующая вредоносные радиационные воздействия.

В случае применения Универсальной модели для анализа надежности ТС КА минимальное количество операций, необходимых для построения расширенной схемы функциональной целостности (далее по тексту - РСФЦ) отдельного элемента ТС КА, составит от 5 до 107, т.е. в среднем 56, что на 14 меньше минимального количества операций, необходимых для построения СФЦ элемента ТС КА. В случае обработки подграфов физической защиты КА (далее по тексту - ФЗ), электромагнитной защиты КА (далее по тексту - ЭМЗ), радиационной защиты КА (далее по тексту - РЗ) и термической защиты КА (далее по тексту - ТЗ) минимально

и

Рисунок 2 - Элемент Универсальной модели, построенный для системы сбора информации

необходимое количество операций составит от 5 до 43, т.е. в среднем 24, что на 46 меньше, чем при применении ОЛВМ.

Этап логического моделирования выполняется в соответствии с общими принципами ОЛВМ. Логическая модель в общем виде может быть представлена следующим выражением:

Ус ~

где/=1,2,

При смешанном обеспечении элемента, для которого строится логическая модель, т.е. при наличии как конъюнктивных, так и дизъюнктивных входящих дуг, выходная функция строится в виде конъюнкции дизъюнктивных и конъюнктивных групп. Это условие означает, что реализация функции рассматриваемого элемента происходит в случае, если реализуются все члены конъюнктивной группы и хотя бы один член дизъюнктивной группы. В общем виде это условие можно представить:

У; = *г Л (уг+1 Л у1+2 Л у;+3) Л (у;+4 V у;+5 V у;+6).

В результате логического моделирования надежности ОСИ методом аналитической подстановки выходных функций отдельных вредоносных воздействий было получено следующее выражение:

л ^¡7 Л Х^ А Х^ А А Х6В Лx^Ax^Ax^Ax^Ax^A(x^Ax51Vx^¡Ax^)A

V *49 Л х5о) Л (*80 Л ХВ1 V Х78 А Х79) А (х^ Л Х51 V Хм А Х8Я) Л А А Х51 V Л х^) А (х^ А Х51 Чх^Ах^)А (х^Лх75 Vx^Ax^) A

Л (*27 Л Х26 А Х^ А Х23 V Х^ А х^) А (хд1 V Х20 А Х^) А (Хд1 V Х22 А Х23) А

В третьей главе «Разработка и апробация методики анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата» описана предлагаемая методика анализа надежности ТС КА, основанная на применении Универсальной модели, рассмотрены этапы формирования расчетной математической модели, расчета надежности ТС КА и показателей влияния отдельных элементов на надежность системы, описано разработанное программное средство автоматизации надежности и проведена апробация на основе исходных данных взятых из технического задания на разработку КА.

Алгоритм предлагаемой методики анализа надежности ТС КА, основанный на применении Универсальной модели, представлен на рисунке 3.

Преобразование логической модели в математическую позволяет перейти от аппарата логики высказываний к аппарату теории вероятностей, использующему

ю

исходные вероятностные параметры элементов исследуемой системы и событий, влияющих на надежность исследуемого объекта.

^ Начало ^

Построение структурно-функциональной схемы надежности исследуемого объекта

Обработка суперграфа Универсальной модели

Обработка подграфов Универсальной модели

Формирование ЖФ надежности

1'

Обработка логической модели

1

Построение математической модели 1

Расчет показателей надежности исследуемого объекта

Расчет показателей влияния отдельных элементов

Показатели положительного вклада Показатели значимости Показатели отрицательного вклада

Конец

Рисунок 3 - Алгоритм анализа надежности по предложенной методике

Для обеспечения возможности применения символического метода формирования математической модели, необходимо исходную логическую модель привести к дизъюнктивной нормальной форме:

где О^ -конъюнктивные группы простых логических элементов.

Математическая модель должна строиться с учетом законов теории вероятностей. Это требование обусловлено тем, что в общем случае в состав логической модели входят не только простые логические переменные, но и сложные случайные события, такие как отдельные конъюнктивные группы и все возможные

дизъюнктивные группы, объединяющие логические переменные и конъюнкции, которые могут быть взаимосвязаны и выражены через общие логические переменные.

Преобразование логической модели в математическую символическим методом должно осуществляться в соответствии со следующими правилами:

1) простые логические переменные подлежат замене на соответствующие вероятностные характеристики.

=> Рь х1=>1 ~рь

где р; - вероятность реализации события х1.

2) конъюнктивные группы простых логических переменных необходимо заменить произведениями вероятностей реализации событий, входящих в группу. Исходя из законов теории вероятностей, вероятность произведения простых независимых событий равна произведению вероятностей этих событий.

=> ПЙ.1 Л-

При этом:

Х[ Л л ...Л XI => Р1, Ог Л 01 Л ...Л О; => Ри

где О,- = Д х]— конъюнктивная группа простых логических переменных;

л- = пи Р] — произведение вероятностей событий, входящих в г конъюнктивную группу.

х1 => О, 0; = > О,

где 01 = хк Л х^ Л Л;=1 Х].

3) дизъюнктивные группы простых логических переменных подлежат замене на сумму вероятностей реализации событий, входящих в эту группу, которая, исходя из законов теории вероятностей, вычисляется следующим образом:

1Х1 => 1г р; - Ец р1-р]+ Еи,к Рг ■ V] ■Рк-■■■ +(-1)Л,_1 ■ Рг ■ Рг • ... • Ры, У?*! Ог => " Рг ' Р, + 1и,к Рг ' Р] -Рк~... +(-1)Л'-1 ■ Р1 ■ Р2 • ... •

где 0£ = А"=1х}-, При этом:

х1 У х1 У...У х1 -> рь 01 V 01 У..М 01 => Р1г

где 0; = лут1 Xу;

Л = П7=1р;.

х1Ух1 => 1.

При соблюдении описанных правил преобразования математическая модель не будет содержать показателей степеней, возникающих вследствие повторности одинаковых простых логических переменных.

Правильность математической модели при необходимости можно проверить с помощью расчетной модели, построенной с помощью обратного подхода, следующей зависимостью:

где Рс - вероятность безотказной работы системы, рассчитанная по математической модели, построенной с помощью прямого подхода;

(2С - вероятность отказа системы, рассчитанная по математической модели, построенной с помощью обратного подхода.

Этап расчета показателя надежности исследуемой ТС КА аналогичен этапу расчетов традиционных логико-вероятностных методов анализа.

Он предполагает вычисление показателей надежности исследуемого объекта путем подстановки исходных данных в расчетную математическую модель.

На практике может возникнуть необходимость не только вычислить показатели надежности ТС КА, но и решить дополнительные прикладные задачи. Например, определить, какой элемент вносит наибольший вклад в значения этих показателей, увеличение вероятностных характеристик каких элементов структурно-функциональной схемы позволит максимально увеличить общие показатели надежности системы и т.д. Для решения этих задач предназначен заключительный этап расчета влияний отдельных элементов на надежность исследуемой ТС КА. Он заключается в расчете таких показателей, как значимость (е), положительный вклад (/? ) и отрицательный вклад (/Г). Описанные параметры введены в теории анализа общим логико-вероятностным методом и могут быть представлены в следующем виде:

£1 — Рс\рр1 ~ Рс\р[=0<

где /' = 1,2, ...,#;

Рс |Рг_г - значение исследуемого показателя надежности системы при абсолютной надежности элемента г, т.е. при рг=1, а Рс|р(=0 - значение исследуемого показателя надежности системы при достоверном отказе элемента /, т.е. при Рг = 0.

К=Рс\р1=1-Рс.

РГ = -{Рс - Рс|Р(=о),

где г = 1, 2, ...,#.

В случае независимости отказов элементов вычисления /?£+ и могут быть представлены следующими зависимостями:

# = ( 1-Р()-£„ РГ = -VI ■ ч.

где ; = 1,2, ...,#.

Следовательно, значимость можно представить:

где i- 1, 2,..., H.

Описанные показатели позволяют принимать эффективные и научно-обоснованные решения, направленные на достижение необходимого значения исследуемого показателя надежности ТС КА.

По своей структуре РСФЦ является сложной многоуровневой моделью исследуемого свойства объекта анализа, поэтому ее построение в ручном режиме требует значительных трудозатрат. Применение векторных графических редакторов диаграмм и блок-схем, систем автоматизированного проектирования, ориентированных на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, позволят уменьшить объем трудозатрат. Однако аналитику придется работать в нескольких программных средах и импортировать данные между ними. Для решения этой проблемы было разработано программное средство автоматизации анализа надежности ТС КА, которое содержит все необходимые инструменты для применения предложенной методики.

Для апробации разработанной методики анализа надежности ТС КА был смоделирован объект, исходными данными для которого являются требования, взятые из технического задания на создание малого космического аппарата (далее по тексту - тестовая ТС).

Для примера рассмотрим процедуру обработки подграфа Универсальной модели для ССИ тестовой ТС.

В результате обработки подграфа ССИ Универсальной модели была получена структурно-функциональная схема, изображенная на рисунке 4. ЛКФ для ССИ тестовой ТС совпадает с ЛКФ для ССИ Универсальной модели.

В результате выполнения этапов логического и математического моделирования получена следующая расчетная модель надежности ССИ тестовой ТС:

Pc = Чсси ■ 4з1 ■ ЧзЭ ■ 4*1 ■ ?42 ■ 945 ' <?47 ' <?48 ' 4SB ' 4б0 ' Рб8 ' Чб9 ' <7?1 ' <7z ' Чз ' Ч* ' <7б '

• 49 ■ ?15 • 4lB ■ 4в9 ■ (<?78 + Ч?9 ' Pso) ' (<773 " <?77 + <?76 - Р75 + <?76 ' Р75 ' (<?73 + Ч77) '

■ (<?43 ' Р26 ' <727 ' Р28 ' <729 + Р26 ' 427 ' Р28 ' Чгэ) + (<?36 ' <7з8 + Р26 ' <?Зо) '

" ((<720 + Ч22) ■ (Р91 + 424 • P9l) + 420 ■ 422 ■ (?91 + <?24) + Р91 " <724 + P9l) '

■ ((?зо + <7зз) ■ (<?35 + <?36 • Чза) + Чзъ) ' (?43 ' Чзо ' Чзз + Ргв ' Ч24 ' 4зо ' 4зз) ' ' (462 • Рез + 4&л ■ Чбб + 462 ■ Р63 ■ (?64 + 4бб) • Oho + <7и ' Ч12 ' Р13 1 ^14) 1

■ Psi ' <753 ■ (î7s2 + <749 + (<754 + 456) ■ (<752 + <749)) + <754 " 4i6 ■ (<?49 + Psi ' <752)-

Результаты расчета вероятности безотказной работы тестовой ТС показали, что ее величина составляет Рс= 0,994506.

Необходимо заметить, что в результате анализа надежности тестовой ТС без учета влияния вредоносных воздействий, ее вероятность безотказной работы составила Рс = 0,999499. Таким образом, результат, полученный при применении предложенной методики, учитывающий воздействия факторов, снижающих надежность, является более точным и указывает, что погрешность в случае использования классического подхода составляет 0,004993.

Расчет показателей влияния элементов на надежность тестовой ТС позволяет заключить, что наибольшими показателями значимости обладают: ППС (е = 0,995004), ССИ (е = 0,994904), ФТК (е = 0,994805), ТКУ (г = 0,994606) и СЭС (е = 0,994506).

Рисунок 4 - РСФЦ надежности системы сбора информации тестовой ТС

Это означает, что при изменении вероятности безотказной работы этих элементов, значение показателя вероятности безотказной работы всей системы наиболее подвержено изменению. В тоже время наибольшими показателями отрицательной значимости обладают: отказ ППС, возникший вследствие того, что должностной регламент допускает возможность вредоносного изменения режима функционирования ППС техническим персоналом ЦУП при удаленном доступе (е = - 0,994847), отказ ППС, вызванный несоблюдением должностных обязанностей техническим персоналом ЦУП при прямом доступе (е = - 0,995087) и отказ ФТК, вызванный несоблюдением должностных обязанностей техническим персоналом ЦУП при прямом доступе (е = - 0,994848). Знак минус означает, что повышение вероятности реализации рассматриваемого элемента приведет к снижению надежности исследуемой тестовой ТС.

Наибольшими показателями положительного вклада обладают: ППС (/?+ = 0,000497), ССИ = 0,000398), ФТК ф* = 0,000298), ТКУ1 и ТКУ2 0?+ = 0,000099).

Этот параметр указывает величину прироста значения показателя вероятности безотказной работы тестовой ТС при абсолютной работоспособности рассматриваемых элементов.

Учитывая, что при отказе ССИ, ППС, ФТК, ТКУ1, ТКУ2 и СЭС ТС КА перейдет в нерабочее состояние, показатели отрицательного вклада примут максимальное значение (/Г = - 0,994506). Также значительными показателями отрицательного вклада обладают: РЗ (р = - 0,123479), ФЗ (р = - 0,073274) и ЭЗ (£"=-0,072155).

Этот показатель представляет уменьшение значения показателя вероятности безотказной работы тестовой ТС при достоверном отказе рассматриваемых элементов.

Используя эти показатели, можно заключить, что для увеличения вероятности безотказной работы бортовой информационной телеметрической системы исследуемого МКА необходимо в первую очередь модифицировать элементы, предназначенные для обеспечения основной функции системы. Однако не стоит забывать о высокой значимости вредоносных воздействий различного происхождения, для уменьшения которых необходимо улучшать функциональные возможности дополнительных элементов системы, предназначенных для предотвращения этих воздействий.

В заключении изложены результаты, достигнутые в ходе проведения работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалы, изложенные в диссертации, позволяют сделать следующие выводы:

1) предложенная модификация аналитического общего логико-вероятностного метода, отличающаяся добавлением этапов анализа возможных вредоносных воздействий и их источников, позволяет уменьшить трудозатраты при формировании структурно-функциональных схем и, в частности, Универсальной модели надежности ТС КА;

2) разработанная Универсальная модель надежности ТС КА, основанная на применении модифицированного ОЛВМ, позволяет строить структурно-функциональные схемы надежности, учитывающие влияния как элементов ТС КА, так и возможных вредоносных воздействий, возникающих при взаимодействии с окружающей средой, что позволяет повысить достоверность результатов расчета вероятности безотказной работы ТС КА;

3) разработанная новая методика анализа надежности ТС КА, основанная на применении Универсальной модели, позволяет определять не только вероятность безотказной работы исследуемой системы, но и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента;

4) разработанное программное средство автоматизации анализа надежности технических систем позволяет проводить анализ надежности ТС КА по разработанной методике в автоматическом режиме;

5) проведена апробация разработанной методики анализа надежности ТС КА для подтверждения ее применимости на практике. Результаты позволяют заключить, что при анализе предложенной методикой, полученный результат точнее на 0,004993, чем результат, полученный при классическом подходе. Также результаты позволяют определить, какие элементы являются наиболее значимыми при формировании показателя надежности и какие элементы подлежат модернизации в первую очередь при необходимости повышения надежности системы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Публикации в изданиях из перечня ВАК:

1. Мушовец, К.В. Логико-вероятностный анализ надежности функций сбора и доставки телеметрии до земной станции ССС/ К.В. Мушовец, В.В. Золотарев // Проблемы анализа риска - Научно-практический журнал-М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс».-2013.-Т. 10, № 1.-С. 50-58.

2. Мушовец, К.В. Методика определения надежности сбора и обработки телеметрии в системе спутниковой связи/К.В. Мушовец, В.В. Золотарев//Системы управления и информационные технологии - научно-технический журнал - М.Воронеж: Научная книга. - 2012,-№ 2.2.(48).- С. 308-312.

3. Мушовец, К.В. Разработка средства автоматизации анализа надежности информационных управляющих систем/ К.В. Мушовец, A.M. Попов, В.В. Золотарев//Программные продукты и системы - международный журнал - Тверь: ЗАО НИИЦПС,- 2013. -№ 1,- С. 163-166.

4. Мушовец, К.В. Механизм управляемой телеметрии космического аппарата/ Ф.А. Лукин, A.B. Шахматов, К.В. Мушовец, П.В. Зеленков // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева,-2012,- №5,- С. 140-144.

Прочие публикации по теме диссертационного исследования:

5. Мушовец, К.В. Модификация протокола аутентификации CHAP для противодействия некоторым типовым атакам/К.В. Мушовец // Актуальные проблемы безопасности информационных технологий-сб. материалов III Международной научно-практической конференции - Красноярск: Сиб. гос. аэрокосм. ун-т. - 2009. -С. 26-29.

6. Мушовец, К.В. Применение протоколов аутентификации пользователей для защиты каналов спутниковой связи/ М.П. Метусало, К.В. Мушовец // Актуальные

проблемы авиации и космонавтики -.сб. трудов всероссийской научно-практической конференции творческой молодежи,- Красноярск: Сиб. гос. аэрокосм. ун-т. -2010 г. -С. 395 -396.

7. Жданов, О.Н. Методика анализа и минимизации рисков информационной инфраструктуры космических телекоммуникационных систем (тезисы) / О.Н. Жданов, В.В. Золотарев, К.В. Мушовец //Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности - сб. трудов Хмеждународной научно-практической конференции - СПб.:ФГБОУ «МГТУ им. Н.Э. Баумана». 09 - 11 декабря 2010 г. - С. 306-308.

8. Мушовец, К.В. Анализ риска сбора и обработки телеметрической информации в системе спутниковой связи/ К.В. Мушовец// Информационная безопасность - материалы второй всероссийской молодежной конференции «Перспектива - 2012». - Таганрог: ТТИ ЮФУ. - 2012,- 4.2. - С. 167-173.

9. Мушовец, К.В. Надежность центров обработки данных/К.В. Мушовец, Р.В. Резнер//Технические науки основа современной инновационной системы - материалы I Международной научно-практической конференции. - 25 апреля 2012.- 4.1. - С. 9799.

10. Мушовец, К.В. Анализ надежности обработки телеметрии в системе спутниковой связи с использованием построения схемы функциональной целостности/ К.В. Мушовец, В.В. Золотарев//Безопасность и живучесть технических систем - сб. трудов IV всероссийской конференции. - Красноярск: Институт им. Л.В. Киренского СО РАН. - 9 - 13 октября 2012- Т.2. - С. 235-238.

Мушовец Константин Владимирович

Логико-вероятностный апализ надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата

Автореферат

Подписано к печати_._.2013. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Печ. л. 1.0

Тираж 100 экз. Заказ Отпечатано в отделе копировальной и множительной техники СибГАУ 660014 г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева»

на правах рукописи

04201360370

Мушовец Константин Владимирович

ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (космические и информационные технологии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Попов A.M.

Красноярск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................3

1. ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ....................................8

1.1. Классификация методов анализа надежности....................................................12

1.1.1. Методы прогнозирования..............................................................................................13

1.1.2. Физические методы........................................................................................................13

1.1.3. Структурные методы......................................................................................................13

1.2. Особенности применения общего логико-вероятностного метода.................24

1.2.1. Формализованная постановка задачи анализа.................................................................25

2. РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА.............................................................................................................................31

2.1. Модификация общего логико-вероятностного метода........................................32

2.2. Анализ общей структуры бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата.....................................................................................36

2.3. Анализ вредоносных воздействий на элементы бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата.....................................................38

2.4. Построение логической модели надежности..........................................................52

3. РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА........................................................................................57

3.1.Формирование математической модели надежности...........................................59

3.2. Выполнение расчета надежности.............................................................................63

3.3. Выполнение расчета показателей влияния отдельных элементов на показатели надежности.....................................................................................................63

3.4. Разработка программного средства автоматизации анализа надежности ..66

3.5. Апробация методики анализа надежности..........................................................68

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................89

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ....................................91

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................................92

Приложение А.......................................................................................................................103

Приложение Б.......................................................................................................................106

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. С недавнего времени одним из наиболее важных направлений развития отдельных отраслей и всего государства в целом стала космическая деятельность. Сейчас уже нельзя говорить о конкурентоспособности предприятий, участвующих в таких сферах как, например, военная и гражданская навигация, межевание в сельском хозяйстве, связь, вещание, контроль перемещения и эксплуатации транспортных средств, если их технологические процессы не основаны на применении спутниковых систем. К тому же с каждым днем стремительно растет потребность исследования космического пространства.

Чтобы обеспечить возможность достижения указанных целей и удержать свое место на рынке, производители космических аппаратов стремятся к расширению функциональных возможностей своей продукции. Это обстоятельство неминуемо ведет к усложнению систем, а, следовательно, требует постоянного повышения уровня контроля качества их производства и эксплуатации. Если для наземного комплекса управления можно применить выверенные алгоритмы построения центров обработки данных, для которых разработано множество описательных международных стандартов, то в случае обеспечения надежности космического аппарата необходимо учесть особенности условий окружающей среды: безвоздушное пространство, отсутствие гравитации, мощное электромагнитное влияние космических тел и пр. Особой значимостью обладает отсутствие возможности прямого доступа обслуживающего персонала в течение всего периода эксплуатации системы. Мониторинг состояния и управление оборудованием, размещенным на борту космического аппарата, осуществляется посредством получения телеметрии, анализа полученной информации и передачи соответствующих управляющих команд.

Таким образом, обеспечение надежности обработки телеметрической информации является первостепенной задачей эффективного функционирования космического аппарата. Своевременно проведенный анализ на всех этапах

жизненного цикла системы позволит определить оптимальные пути достижения необходимого уровня ее надежности. Поэтому разработка эффективной методики анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата (далее по тексту - ТС КА) является актуальной научно-практической задачей.

Примером высокой значимости получения достоверной телеметрии могут послужить факты эксплуатации японского межпланетного зонда «Хаябуса», предназначенного для испытания электрореактивных двигателей и системы автономной навигации, который был запущен с космодрома Утниоура 9 мая 2003 года.

Сразу после старта один из четырех ионных двигателей показал нестабильную работу, вследствие чего был отключен из центра управления полетами. В ноябре 2003 года мощность двигателей была снижена, поскольку солнечные батареи были повреждены вспышкой на Солнце, лишив аппарат значительной части энергии. В течение 7 лет космический аппарат преследовала череда отказов оборудования. Однако своевременно полученная информация обо всех происшествиях позволила обеспечить выполнение поставленных задач [76].

Целью научного исследования является повышение эффективности анализа надежности ТС КА.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) рассмотреть существующие методы анализа надежности технических систем и определить метод анализа, позволяющий учитывать влияния факторов, снижающих надежность исследуемого объекта;

2) обеспечить возможность применения выбранного метода анализа к ТС КА;

3) разработать универсальную модель, позволяющую проводить анализ надежности ТС КА с учетом факторов, снижающих надежность;

4) разработать методику анализа надежности ТС КА на основе универсальной модели;

5) провести апробацию разработанной методики анализа надежности ТС КА.

В качестве основных методов исследования применялись методы системного анализа, теории надежности, теории массового обслуживания, теории математической логики, теории вероятностей, вычисление и имитационное моделирование на ЭВМ.

Научная новизна проведенных исследований и полученных в работе результатов заключается в следующем:

1) предложена модификация аналитического общего логико-вероятностного метода (далее по тексту - ОЛВМ), отличающаяся добавлением этапа классификации вредоносных воздействий, которая позволяет сократить трудозатраты при построении структурно-функциональных схем;

2) впервые разработана универсальная модель надежности ТС КА, основанная на применении модифицированного ОЛВМ, которая позволяет учитывать влияния вредоносных воздействий;

3) разработана новая методика анализа надежности ТС К А, основанная на применении универсальной модели, которая позволяет определить вероятность безотказной работы системы и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) предложенная модификация ОЛВМ позволяет сократить трудозатраты при построении структурно-функциональных схем;

2) разработанная универсальная модель надежности ТС КА позволяет учитывать влияния вредоносных воздействий;

3) разработанная методика анализа надежности ТС КА позволяет

определить вероятность безотказной работы системы и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи исследования, разработаны основные положения программы и методики работ, собран, обработан и проанализирован теоретический материал, предложена модификация ОЛВМ, разработана Универсальная модель надежности ТС КА, разработана методика анализа надежности ТС КА, проведена апробация методики.

Практическая значимость результатов. Результаты диссертационного исследования были использованы при создании программы для ЭВМ, предназначенной для расчета вероятности безотказной работы ТС КА и определения вклада элементов в вероятность безотказной работы в целом. Программные продукты, задействованные в реализации указанного средства, прошли экспертизу и зарегистрированы (Приложение А).

Результаты работы использованы в ходе выполнения государственного контракта от 20.05.2010 г. № П757 «Анализ, моделирование и управление техногенными рисками элементов космических телекоммуникационных систем» при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках соглашения № 14.В37.21.0451 «Исследование и разработка сетевой архитектуры бортового комплекса управления малого космического аппарата».

Методика анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата, разработанная в рамках настоящей работы, рекомендована ОАО «Информационные спутниковые системы» для отработки в процессе проектирования малых космических аппаратов о чем свидетельствует справка о внедрении (Приложение А).

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры

Безопасности информационных технологий ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева» (г. Красноярск, 2009-2011), III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности информационных технологий» (г. Красноярск, 2009), X Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2010), I Международной научно-практической конференции «Технические науки - основа современной инновационной системы» (г. Йошкар-Ола, 2012), II Всероссийской конференции по проблемам информационной безопасности «Перспектива-2012» (г. Таганрог, 2012), IV Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» (г. Красноярск, 2012).

Публикации по теме диссертации. Результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях, в том числе в 4 публикациях в изданиях из перечня ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы, включающего 102 наименования, 2 приложений. Общий объем работы составляет 115 страниц, в том числе 24 рисунка и 7 таблиц.

1. ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В соответствии с [86] надежность определяется, как свойство сохранять (или не сохранять) работоспособность при случайных отказах отдельных или групп элементов и их восстановлениях на определенном интервале времени функционирования и нормальных (заданных) условиях эксплуатации.

Государственный стандарт [42] предлагает использовать следующую терминологию.

Надежность - свойство готовности и влияющие на него свойства безотказности и ремонтопригодности и поддержка технического обслуживания [42].

Готовность - способность изделия выполнить требуемую функцию при данных условиях в предположении, что необходимые внешние ресурсы обеспечены [42].

Безотказность - способность изделия выполнить требуемую функцию в заданном интервале времени при данных условиях [42].

Ремонтопригодность - способность изделия при данных условиях использования и технического обслуживания к поддержанию или восстановлению состояния, в котором оно может выполнить требуемую функцию [42].

Отечественная нормативная документация предлагает множество инструментов для решения задач поставленных в рамках настоящей исследовательской работы.

Стандарты [35, 37, 38, 41, 42] являются основополагающими в области анализа надежности технических систем и определяют основные требования к процедуре анализа.

Положения, изложенные в источнике [38], устанавливают общие правила, требования к методикам и порядок представления результатов анализа надежности технических объектов. Стандарт [38] входит в группу стандартов

по анализу и оценке рисков и дополняет стандарт [37], исследующий проблему анализа риска технологических систем.

Указанные государственные стандарты предлагают использовать следующие методы анализа надежности:

- прогнозирование интенсивностей отказов;

- анализ дерева неисправностей (FTA);

- анализ дерева событий (ЕТА);

- анализ структурной схемы надежности (RBD);

- марковский анализ;

- анализ сети Петри;

- анализ режимов и последствий (критичности) отказов FME(C)A;

- исследование HAZOP;

- анализ человеческого фактора;

- анализ прочности и напряженности;

- таблица истинности (анализ функциональной структуры);

- статистические методы надежности.

Анализ надежности технической системы может производиться на всех стадиях ее жизненного цикла, будь то проектирование, изготовление или эксплуатация [23]. Первоначальный анализ надежности чаще всего проводят еще на стадии проектирования, что позволяет вносить в проект коррективы, необходимые для достижения требуемого уровня надежности объекта [58]. В течение периода эксплуатации системы также возможно возникновение необходимости проведения анализа надежности. Это обстоятельство обусловлено потребностью определения текущих значений показателей надежности, формирования и обоснования мер, необходимых для приведения их в соответствие с заданными ограничениями в установленные сроки. В случае внесения изменений в состав объекта необходим повторный анализ надежности, поскольку значения показателей, как, например, готовность, безотказность

и ремонтопригодность могут значительно отклониться от текущих и не удовлетворять установленным требованиям [82].

В соответствии с [38] анализ надежности объекта в общем случае представляет собой процедуру определения и последовательного уточнения характеристик и показателей на каждом этапе выполнения проекта. На рисунке 1.1 представлены основные этапы анализа надежности в порядке их выполнения.

Начало

1

Определение системы

Определение требований и целей надежности

Распределение требований надежности

* г

Анализ надежности (качественный и/или количественный)

Исследования и рекомендации

Конец

Рисунок 1.1- процедура анализа надежности в соответствии

с ГОСТ Р 51901.5-2005

Определение объекта анализа заключается в исследовании таких его свойств, как назначение, область применения, структура и функции, схема взаимодействия элементов и т.п.

В качестве источников информации на данном этапе могут использоваться различные стандарты, справочники, содержащие сведения о надежности типовых технических систем, статистические данные о надежности объектов-аналогов, элементов, входящих в их состав, свойствах, применяемых в них веществ и материалов, параметрах операций технического обслуживания и ремонта, собранных в процессе их разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации, результаты прочностных, электрических, тепловых и иных расчетов, конструкторская, эксплуатационная и ремонтная документация, как на сам объект, так и на его подсистемы.

Важно чтобы в ходе начального этапа рассматриваемой процедуры в полной мере были определены параметры объекта, обработка которых в дальнейшем позволит определить оптимальный метод анализа надежности, обеспечивающий приемлемую на данном этапе точность.

После того как объект полностью описан переходят к определению целей и требований надежности. В соответствии с [38] на данном этапе исследуются следующие характеристики:

- режимы эксплуатации;

- условия окружающей среды;

- требования обслуживания;

- определение отказа системы;

- критерии отказа и условия, основанные на функциональной спецификации системы;

- ожидаемая продолжительность эксплуатации;

- условия эксплуатации.

Этап распределения требований надежности системы по ее элементам и группам элементов является необязательным �