Анализ эксплуатационного обслуживания ВЦ средней производительности

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ВТ и УС

Москва 1995г.

Темы КП по курсу

"Эксплуатация средств вычислительной техники"

Общая тема  КП:  "Анализ эксплуатационного  обслуживания вычислительного центра  средней  производительности".

При выполнении КП необходимо решить следующие вопросы:

1.Описать математические модели.

2.Рассчитать надёжность внешнего устройства.

3.Осуществить распределение задач между ЭВМ, обеспечивающее оптимальную нагрузку ЭВМ, входящих в состав ВЦ.

4.Разработать модель для эмитации производственной деятельности ВЦ при планово-предупредительном  обслуживании  эксплуатируемого парка ЭВМ. По полученной модели оценить распределение случ. переменной "число машин находящихся на внеплановом ремонте".

5.Минимизировать стоимость эксплуатационных расходов ВЦ средней производительности.

Содержание КП

1.Описать математические модели.Для отражения  этого  вопроса в КП необходимо провести простое конспектирование лекций.

2.Рассчитать надёжность внешнего устройства.(См.табл.1 этого мат).

3.Осуществить распределение задач между ЭВМ, обеспечивающее оптимальную нагрузку ЭВМ, входящих в состав ВЦ. Во всех вариантах заданий рассматривается "Пример 3" описания "МОДЕЛЬ". Различными являются параметры Па1.Па2 и Па3, которые и задаются САМОСТОЯТЕЛЬНО. Велич. задав. парам. не должна превышать 99.

4.Разработать модель для эмитации производственной деятельности ВЦ при планово-предупредительном  обслуживании  эксплуатируемого парка ЭВМ. По  полученной  модели оценить распределение случайной переменной "число машин, находящихся на внеплановом ремонте". Для различных вар. в табл.1.задаётся различи. время планового осмотра (блок 4 программы). В примере эти значения равны 120.30.

5 Минимизировать стоимость эксплуатационных расходов ВЦ средней производительности. Для различных вариантов в табл.1. задаётся различное время наработки на отказ одной ЭВМ парка ВЦ. (Блок 3, исходное значение 137,25).

ЗАДАНИЯ ПО  КУРСОВОМУ  ПРОЕКТИРОВАНИЮ   ПО   КУРСУ ЭКСПЛ.СР.ВТ

ЗАДАНИЯ ПО  КУРСОВОМУ  ПРОЕКТИРОВАНИЮ   ПО   КУРСУ ЭКСПЛ.СР.ВТ

1. Описать математические модели.

Построение имитационной модели процессов отказов и восстановления ЭВМ

Рассмотрим работу ПЭВМ, в состав которой входят электронные блоки или ТЭЗы, которые могут выйти из строя в процессе эксплуатации. Считаем. что отказы возникают согласно пуассоновского распределения с параметром ¨ Под ¨ понимают среднюю интенсивность отказов, выраженную числом отказов в единицу времени. Отказавший ТЭЗ начинает немедленно ремонтироваться, т.е восстанавливаться. Распределение времени восстановления распределено по экспоненте с параметром ¨.  Под ним понимают среднюю интенсивность времени обслуживания,  выражаемую числом восстановленных ТЭЗов за единицу времени.

Известно. что вероятность работающего ТЭЗа P0 и Р1 отказавшего равны:

Пусть l= 0.1  m= 0,06. и тогда  P0= 0.33 и P1=0.667

Построение имитационной  модели такой  системы массового обслуживания (СМО) осуществляется с использованием языка GPSS.

Определим используемые элементы языка (Табл.1).

Таблица 1

Структурная схема программы

Программа на языке GPSS

1  EXP   FUNCTION    RN1,C24

0,0/.1,.104/.2,.222/.3,.355/.4,.509/.5,.69/.6,.915/.7,1.2

.75,1.38/.8,1.6/.84,1.85/.88,2.12/.9,2.3/.92,2.52/.94,2.81

.95,2.99/.96,3.2/.97,3.5/.98,3.9/.99,4.6/.995,5.3/.998,6.2

.999,7/.9998,8

2 GENERATE    0,0,,1   ;Генерирование транзакта

3 ASSING          1,K1000          ;Присвоение P1 знач. 1000

4  INPUT           ADVANCE     10,FN$EXP     ;Моделирование интервала

                           ;безотказной работы (10)

5 SEIZE  FAC    ;Занятие прибора

6 ADVANCE     20,FN$EXP     ;Моделирование интрелвала

                           ;восстановления (20)

7 RELEASE        FAC    ;Моделировавние перехода

                           ;в рабочий режим

8 TABULATE    XTIME            ;Формирование таблицы

                           ;(Т=Твос + Трем)

                           ;XTIME задает число интерв.

                           ;и ширину инервала (10,20)

9 LOOP  1,INPUT          ;Организация цикла роходж.

                           ;транзакта (блоки 3 и 8)

10           TERMINATE  1         ;Уничтожение транзакта

   XTIME            TABLE            M1-,0,20,10    ;Формирование таблицы

   START            1000

Результаты анализа

Средняя занятость прибора составила 0,671, что хорошо согласуется с расчётным значением равным Р1 = 0,667*

Среднее время пребывания прибора в состоянии отказа составило 20,146 единиц машинного времени. Среднее время цикла равного (Т=Твос + Трем) составило 30,015 времени.

Ниже приведены результаты моделирования

 GPSS/PC Report file REPORT.GPS.  (V 2, # 38123)  11-10-1995 12:34:44   pag

   START_TIME END_TIME     BLOCKS        FACILITIES    STORAGES    FREE_MEMORY

   0          289219            9          1          0          262016

LINE      LOC    BLOCK_TYPE           ENTRY_COUNT        CURRENT_COUNT  RET

90           1          GENERATE    1          0

100         2          ASSIGN          1          0

110         INPUT ADVANCE     10009  0

120         4          SEIZE  10009  0

130         5          ADVANCE     10009  0

140         6          RELEASE        10009  0

150         7          TABULATE    10009  0

160         8          LOOP  10009  0

170         9          TERMINATE  1          0

FACILITY         ENTRIES        UTIL.   AVE._TIME    AVAILABLE   OWNER          PEND  INTER RETRY            DE

FAC       10009  0.670   19.37   1          0          0          0          0

TABLE   MEAN STD.DEV.       RETRY            RANGE           FREQUENCY CUM.%

XTIME   10013.00         0.00     0          160 -    10009  100.0

XACT_GROUP GROUP_SIZE RETRY

 POSITION             0                  0

2. Рассчитать надёжность внешнего устройства.

В задании приведена следующая структурная схема.

1.D-триггер с обратной связью и динамическим управлением.

3.Последовательностная схема,которая  с приходом стартового сигнала А=1 под действием синхро-импульсов СИ принимает  последовательного состояния: 000-исходное состояние,001,100,101,100, 010, 011, 000...

Расчёт надежности ВУ

При расчёте надежности принимаются следующие допущения:

-отказы элементов являются независимыми и случайными событиями;

-учитываются только элементы, входящие в задание;

-вероятность безотказной  работы  подчиняется  экспоненциальному закону распределения;

-условия эксплуатации элементов учитываются приблизительно с помощью коэффициентов;

-учитываются катастрофические отказы.

В соответствии  с  принятыми допущениями в расчётную схему должны входить следующие элементы:

-элемент К1, т.е. количество СИС и БИС;

-элемент К2, т.е. количество ИС малой степени интеграции (МИС);

-элемент К3, т.е. количество резисторов;

-элемент К4, т.е. количество конденсаторов:

-элемент К5, т.е. количество светодиодов;

-элемент К6  т.е. количество поеных соединений;

-элемент К7, т.е. количество разъёмов.

В соответствии с расчётной схемой вероятность безотказной  работы системы определяется как:

где  N  - количество таких элементов, используемых в задании

Pi -вероятность безотказной работы i-го элемента.

Учитывая экспоненциальный закон отказов, имеем:

где ni - количество элементов одного типа, lj-интенсивность отказов элементов j-го типа.  Причём lj=kl x lj0,  где kl - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации, а lj0 - интенсивность отказов в лабораторных условиях.

Суммарная интенсивность отказов элементов одного типа составит

Исходя из условий эксплуатации принимаем kl=1.  Никаких  дополнительных поправочных коэффициентов вводится не будет,  так как все элементы системы работают в нормальных условиях,  предусмотренных в ТУ на данные элементы.

Для элементов.  используемых для построения ВУ, приняты следующие интенсивности отказов

Микросхемы с 14 выводами   l1=4.5x10-7

Микросхемы с 16 выводами   l2=4.0x10-7

Микросхемы с 48 выводами   l3=3.2x10-7

Резисторы         l4=1.0x10-5

Конденсаторы электролитические    l5=0.1x10-5

Конденсаторы керамические l6=0.04x10-5

Светодиоды     l7=0.26x10-5

Паяные соединения     l8=1.0x10-7

Разъёмы с 48 выводами          l9=0.2x10-5

Исходя из  этих значений можно подсчитать суммарную интенсивность отказов всех элементов одного типа, а затем и для всех элементов ВУ.

Вероятность безотказной работы ВУ за  Т=1000 часов

;             

Среднее время наработки на отказ

Тм = 1/lЕобщ

Рассмотрим пример

Пусть схема ВУ включает в свой состав следующие элементы:

МИС с 14 выводами - 20        Конденсаторы электролитические -3

СИС с 16 выводами  - 16        Конденсаторы керамические           -40

БИС с 14 выводами   - 48       Паяные соединения -821

   Разъёмы                                  -1

Тогда lЕобщ.=4.5*10-7*20+4.0*10-7*16+3.2*10-7*3+1.0*10-5*5+

               0.1*10-5*3+0.04*10-5*40+1.0*10-7*821+0.2*10-5*1

               =1649.6*10-7

Так как ВУ не имеет резервных элементов,  и выход из строя любого из элементов повлечёт за собой отказ всего устройства, то среднее время наработки на отказ определится как

Тм = 1/1694,6*10-7 = 5902 час.

Тогда вероятность безотказной работы за восьмичасовую смену  составляет:

За время Т=1000 часов, вероятность составляет 0,8441

3. Разработать модель для эмитации производственной деятельности ВЦ при планово-предупредительном  обслуживании  эксплуатируемого парка ЭВМ. По полученной модели оценить распределение случ. переменной "число машин находящихся на внеплановом ремонте".

Рассматриваемый ВЦ имеет в своем составе парк ЭВМ , обеспечивающий среднюю производительность. и  базирующийся на ЭВМ IBM PC с ЦП  типа 386SX и 386DX. Кроме: этого на ВЦ используются в качестве сетевых серверов машины типа 486DX и Pentium, поддерживающие локальные сети, в которых осуществляется  сложная  цифровая  обработка больших цифровых массивов информации ,  кроме этого,  решаются задачи  разработки цветных изображений.

На ВЦ принято планово-профилактическое обслуживание. ВЦ с небольшим парком ЭВМ и поэтому ремонтом ЭВМ занимается всего один радио-механик ( в терминах СМО - ремонтник).  Это  означает:  что  одновременно можно выполнять обслуживание только одной ЭВМ. Все ЭВМ должны регулярно проходить профилактический осмотра.  Число эвм подвергающееся  ежедневному осмотру согласно графика, распределено равнлмерно и составляет от 2 до 6.  Время,  необходимое для осмотра и обслуживания каждой  ЭВМ примерно распределено в интервале от 1,5 до 2,5 ч.  За это время необходимо проверить саму ЗВМ,  а также такие  внешние  ус-ва  как  цветные струйные принтеры, нуждающиеся в смене или заправке катриджей красителем. Несколько ЭВМ имеют в качестве внешних устройств цветные плоттеры (графопостроители) , у которых достаточно сложный профилактический осмотр.

Рабочий день ремонтника длится 8 ч,  но возможна и многосменная работа.

В некоторых  случаях  профилактический  осмотр  прерывается для устранения внезапных отказов сетевых серверов, работающих в три смены, т.е 24 ч в сутки. В этом случае текущая профилактическая работа прекращается, и ремонтник начинает без задержки ремонта сервера.  Тем не менее, машина-сервер,  нуждающаяся в ремонте,  не может вытеснить другую машину-сервер, уже стоящую на внеплановом ремонте.

Распределение времени  между поступлениями машин-серверов является пуассоновским со средним интервалом равным 48 ч.  Если  ремонтник  отсутствует в  момент поступления ЭВМ эти ЭВМ должны ожидать до 8ч утра. Время их обслуживания распределено по экспоненте со средним  значение в 25  ч.Необходимо построить GPSS-модель для имитации производственной деятельности ВЦ. По полученной модели необходимо оценить распределение случайной переменной "число машин-серверов, находящихся на внеплановом ремонте". Выполнить прогон модели,  имитирующей работу ВЦ в течении 25 дней, введя  промежуточную  информацию  по окончании каждых пяти дней. Для упрощения можно считать, что ремонтник работает 8 ч в день без перерыва, и не учитывать выходные.  Это аналогично тому, что ВЦ работает 7 дней в неделю.

Метод построения модели

Рассмотрим сегмент планового осмотра ЭВМ. (Рис.1.). Транзакты, подлежащие плановому осмотру, являются пользователями обслуживающего прибора (ремонтник), которым не разрешен его захват. Эти ЭВМ-транзакты проходят через первый сегмент модели каждый день с 8 ч утра.ЭВМ-транзакт входит в этот сегмент. После этого транзакт поступает в  блок SPLIT, порождая необходимое число транзактов, представляющих собой ЭВМ, запланированные на этот день для осмотра.Эти ЭВМ-транзакты проходят затем через  последовательность блоков SEIZE-ADVANCE-RELEASE и покидают модель. .

Рис.1. Первый сегмент

Сегмент "внепланового ремонта"ЭВМ-серверы, нуждающийся во внеплановом ремонте,  двигаются в модель в своём собственном сегменте. Использование ими прибора имитируется простой последовательностью блоков PREEMPT-ADVANCE- RETURN.  Блок PREEMPT подтверждает приоритет обслуживания ЭВМ-сервера (в блоке в поле В не требуется PR) (Рис.2.)

Сегмент "начало и окончание" рабочего дня ВЦ. Для того, чтобы организовать завершение текущего дня работы ВЦ по истечении каждого 8-ми ч дня и его начала в 8 ч утра, используется специальный сегмент. Т Транзакты-диспетчер входит в этот сегмент каждые 24 ч (начиная с конца первого рабочего дня), Этот транзакт, имеющий в моделе высший приоритет, затем немедленно поступает в PREEMPT, имеющий в поле В символа PR. Диспетчеру, таким образом,  разрешено захватывать прибор-ремонтник вне зависимости от того, кем является текущий пользователь (если он есть). Далее, спустя 16 ч,  диспетчер освобождает прибор-ремонтник,  позволяя закончить ранее прерванную работу (при наличии таковой).(Рис.3.)

Сегмент "сбор данных для неработающих ЭВМ-серверов". Для сбора данных, позволяющих  оценить распределение числа неработающих ЭВМ-приборов, используется этот отдельный сегмент. (Рис.4.)

Для этих целей используется взвешенные таблицы, которые позволяют вводить в них в один и тот же момент  времени  наблюдаемые  случайные величины. Для этих целей включаются два блока - TABULATE, но если ввод в таблицу случаен (значение величин ³2), то этот подход не годен. В этом случае используется необязательный элемент олеранд,  называемый весовым фактором, обозначающий число