Affidabilita' dei sistemi (dependability)
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
L'obiettivo dell'insegnamento è di introdurre le problematiche inerenti l'affidabilità, la diagnostica e la manutenibilità dei componenti, dei sistemi e del software con particolare riguardo ai casi in cui l'informatica costituisce la parte più importante.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento, lo studente dovrà essere in grado di valutare l'affidabilità di un sistema, saper comparare differenti sistemi e/o approcci sulla base delle loro prestazioni in termini di affidabilità e di disponibilità, saper suggerire i miglioramenti da apportare ai sistemi informatici al fine di conseguire un incremento di affidabilità, saper calcolare la safety dei sistemi. Lo studente dovrà, inoltre, conoscere le procedure e gli strumenti statistici moderni per valutare l'affidabilità dei dispositivi.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
AFFIDABILITA'
Definizioni di affidabilità. Modi, meccanismi e cause di guasto. Concetti di guasto, avaria e loro classificazione. Modelli matematici di affidabilità: densità di probabilità di guasto, tasso di guasto istantaneo e "curva a vasca", legge fondamentale dell'affidabilità. Parametri statistici di affidabilità e disponibilità. Affidabilità di sistema. Reliability Block Diagram. Configurazioni canoniche e miste. Tecniche di calcolo di affidabilità e disponibilità per configurazioni non canoniche. Fenomeni di degradazione nei componenti elettronici (modello di Arrhenius).
· Analisi statistica dei dati di affidabilità: raccolta, classificazione e rappresentazione dei dati.
· Condizioni operative: Modelli di previsione di affidabilità. Condizioni operative. Condizioni ambientali. Climatogrammi. Previsione di affidabilità: calcolo e interpretazione del tasso di guasto ed MTBF di componenti e apparati elettronici. Uso delle banche dati.
· Disponibilità: Metodi induttivi e deduttivi. Quality Function Deployment (QFD). Disponibilità di sistema: analisi con il modello di Markov. Analisi dei rischi. Diagnostica. La riprogettazione del sistema, tecniche di incremento della disponibilità. Manutenibilità di sistema e tecniche di manutenzione.
· Cenni sull'analisi dei modi e degli effetti di guasto (FMEA) e della loro criticità (FMECA) e sull'analisi dell'albero delle avarie (FTA).
· Safety Integrity Level (SIL): cenni.
AFFIDABILITÀ NEL SOFTWARE:
· Fidatezza-Dependability nel software: Reliability, Availability, Safety, Confidentiality, Integrity, Maintainability. Il problema della Security. Il problema del servizio di un sistema di calcolo, del comportamento, della percezione dell'utente (umano e non). Requisiti e problematiche dei sistemi dependable: Rapidità di risposta, disponibilità, continuità di servizio, sicurezza nei confronti dell'operatore e dell'ambiente (safety), protezione (security). Fallimento (system failure), errore, guasto.
· Problematiche dei sistemi di calcolo: Prevenzione dai guasti (fault prevention ), Tolleranza ai guasti (fault tolerance), Eliminazione del guasto (fault removal ), Predizione di guasti (fault forecasting).
· Conseguimento dei requisiti, validazione e valutazione.
· Impedimenti alla dependability: guasti e loro classificazione
· I guasti intenzionali: logic bomb, Trojan horse, trapdoor, virus, worm, zombie, intrusion attempts,
· I fallimenti (fallimenti con blocco e sistemi fail-stop, fallimento per omissione, crash, sistemi fail-silent).
· Accountability, authenticity, non-repudiability.
· La dependability delle reti (Survivability).
· La manutenibilità del software. La documentazione.
SOFTWARE PER L'ANALISI DELL'AFFIDABILITÀ: CENNI.
Definizioni di affidabilità. Modi, meccanismi e cause di guasto. Concetti di guasto, avaria e loro classificazione. Modelli matematici di affidabilità: densità di probabilità di guasto, tasso di guasto istantaneo e "curva a vasca", legge fondamentale dell'affidabilità. Parametri statistici di affidabilità e disponibilità. Affidabilità di sistema. Reliability Block Diagram. Configurazioni canoniche e miste. Tecniche di calcolo di affidabilità e disponibilità per configurazioni non canoniche. Fenomeni di degradazione nei componenti elettronici (modello di Arrhenius).
· Analisi statistica dei dati di affidabilità: raccolta, classificazione e rappresentazione dei dati.
· Condizioni operative: Modelli di previsione di affidabilità. Condizioni operative. Condizioni ambientali. Climatogrammi. Previsione di affidabilità: calcolo e interpretazione del tasso di guasto ed MTBF di componenti e apparati elettronici. Uso delle banche dati.
· Disponibilità: Metodi induttivi e deduttivi. Quality Function Deployment (QFD). Disponibilità di sistema: analisi con il modello di Markov. Analisi dei rischi. Diagnostica. La riprogettazione del sistema, tecniche di incremento della disponibilità. Manutenibilità di sistema e tecniche di manutenzione.
· Cenni sull'analisi dei modi e degli effetti di guasto (FMEA) e della loro criticità (FMECA) e sull'analisi dell'albero delle avarie (FTA).
· Safety Integrity Level (SIL): cenni.
AFFIDABILITÀ NEL SOFTWARE:
· Fidatezza-Dependability nel software: Reliability, Availability, Safety, Confidentiality, Integrity, Maintainability. Il problema della Security. Il problema del servizio di un sistema di calcolo, del comportamento, della percezione dell'utente (umano e non). Requisiti e problematiche dei sistemi dependable: Rapidità di risposta, disponibilità, continuità di servizio, sicurezza nei confronti dell'operatore e dell'ambiente (safety), protezione (security). Fallimento (system failure), errore, guasto.
· Problematiche dei sistemi di calcolo: Prevenzione dai guasti (fault prevention ), Tolleranza ai guasti (fault tolerance), Eliminazione del guasto (fault removal ), Predizione di guasti (fault forecasting).
· Conseguimento dei requisiti, validazione e valutazione.
· Impedimenti alla dependability: guasti e loro classificazione
· I guasti intenzionali: logic bomb, Trojan horse, trapdoor, virus, worm, zombie, intrusion attempts,
· I fallimenti (fallimenti con blocco e sistemi fail-stop, fallimento per omissione, crash, sistemi fail-silent).
· Accountability, authenticity, non-repudiability.
· La dependability delle reti (Survivability).
· La manutenibilità del software. La documentazione.
SOFTWARE PER L'ANALISI DELL'AFFIDABILITÀ: CENNI.
Prerequisiti
Non sono richieste conoscenze preliminari.
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Il materiale didattico utilizzato durante la lezione sarà reso disponibile sul sito ARIEL e sul Team dedicato all'insegnamento (Microsoft Teams).
Il materiale didattico utilizzato durante la lezione sarà reso disponibile sul sito ARIEL e sul Team dedicato all'insegnamento (Microsoft Teams).
Materiale di riferimento
1) AA.VV. L'affidabilità nella moderna progettazione: un elemento competitivo che collega sicurezza e certificazione, Editore A&T Affidabilità & Tecnologia, Aprile 2008, ISBN: 978-88-903149-0-2.
2) M. Lazzaroni, L. Cristaldi, L. Peretto, P. Rinaldi and M. Catelani, Reliability Engineering: Basic Concepts and Applications in ICT, Springer, ISBN 978-3-642-20982-6, e-ISBN 978-3-642-20983-3, DOI 10.1007/978-3-642-20983-3, Library of Congress Control Number: 2011928069, 2011 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
3) Pagina web dell'insegnamento:
http://mlazzaroniasd.ariel.ctu.unimi.it
2) M. Lazzaroni, L. Cristaldi, L. Peretto, P. Rinaldi and M. Catelani, Reliability Engineering: Basic Concepts and Applications in ICT, Springer, ISBN 978-3-642-20982-6, e-ISBN 978-3-642-20983-3, DOI 10.1007/978-3-642-20983-3, Library of Congress Control Number: 2011928069, 2011 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
3) Pagina web dell'insegnamento:
http://mlazzaroniasd.ariel.ctu.unimi.it
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame scritto + esame orale (facoltativo)
L'esame si articola in una prova scritta obbligatoria e in una prova orale (facoltativa).
La prova scritta terrà conto di tre livelli di performance di valore prestabilito:
- la soluzione di 10 quesiti a risposta multipla. Per ogni risposta corretta si ottiene 1 punto, per ogni risposta errata si ha una penalizzazione di 1/2 punto. Il punteggio massimo totalizzabile è quindi pari a 10.
- la soluzione di uno o due esercizi di tipo applicativo, aventi contenuti e difficoltà analoghi a quelli affrontati in aula. A questa parte è associato un punteggio massimo di 14 punti.
- la risposta a un quesito teorico fra i due proposti. Il punteggio associato alla terza e ultima parte dell'esame scritto è pari a 6 punti.
La durata della prova scritta è di un'ora durante la quale non è ammesso consultare testi o appunti mentre è ammesso l'uso della calcolatrice.
La prova orale (facoltativa) consiste in un colloquio sugli argomenti svolti a lezione e riassunti nel programma.
Sostenere l'esame orale non comporta necessariamente un miglioramento del voto.
Il voto finale è espresso in trentesimi.
L'esame si articola in una prova scritta obbligatoria e in una prova orale (facoltativa).
La prova scritta terrà conto di tre livelli di performance di valore prestabilito:
- la soluzione di 10 quesiti a risposta multipla. Per ogni risposta corretta si ottiene 1 punto, per ogni risposta errata si ha una penalizzazione di 1/2 punto. Il punteggio massimo totalizzabile è quindi pari a 10.
- la soluzione di uno o due esercizi di tipo applicativo, aventi contenuti e difficoltà analoghi a quelli affrontati in aula. A questa parte è associato un punteggio massimo di 14 punti.
- la risposta a un quesito teorico fra i due proposti. Il punteggio associato alla terza e ultima parte dell'esame scritto è pari a 6 punti.
La durata della prova scritta è di un'ora durante la quale non è ammesso consultare testi o appunti mentre è ammesso l'uso della calcolatrice.
La prova orale (facoltativa) consiste in un colloquio sugli argomenti svolti a lezione e riassunti nel programma.
Sostenere l'esame orale non comporta necessariamente un miglioramento del voto.
Il voto finale è espresso in trentesimi.
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento (inviare un E-mail)
Dipartimento di Fisica (Palazzo Lita, 2° Piano). Anche presso il Polo di Crema