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Modellazione e valutazione di sistemi di elaborazione affidabili in applicazioni di controllo industriale

I sistemi di elaborazione cosiddetti mission critical assumono un’importanza crescente sia in ambito industriale che aziendale, dal momento che ad essi sono demandate mansioni sempre più delicate. Il malfunzionamento di tali sistemi può comportare conseguenze di diversa natura e gravità: si va dai danni a livello di immagine (web servers) a danni di tipo economico (server transazionali), fino ad arrivare, nei casi più critici, a danni fisici a per-sone o cose (sistemi di controllo industriale). Data la criticità di questi sistemi, sarebbe auspicabile prevedere in qualche modo sia la frequenza con cui i guasti si verificano, sia i fattori su cui bisogna agire per ridurne al minimo l’incidenza e l’effetto sulla funzionalità del sistema. E’ evidente, dunque, la necessità di valutare a priori l’affidabilità dei sistemi attraverso metodi multiformali, in quanto la modellazione attraverso un unico formalismo limiterebbe l’analista ad una visione troppo ristretta delle caratteristiche del sistema. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di illustrare gli strumenti di modellazione più adatti a descrivere un sistema complesso dal punto di vista sia strutturale che comportamentale. In particolare, i formalismi introdotti e utilizzati sono i diagrammi a blocchi affidabilistici, gli alberi dei guasti e le reti di Petri. Al fine di modellare sistemi eterogenei, viene presentato il framework OsMoSys, tutt’ora in fase di sviluppo, che rappresenta un ambiente di modellazione multi-formalismo/multi-risolutore. I risolutori utilizzati sono GreatSPN, per le reti di Petri, e SHARPE, per i diagrammi a blocchi e gli alberi dei guasti. Sfruttando le potenzialità di OsMoSys, è stato possibile estendere il formalismo degli alberi dei guasti introducendo la possibilità di riparazione, con l’effetto di aumentarne la potenza espressiva senza, però, compromettere l’efficienza computazionale degli algoritmi risolutivi. Gli strumenti introdotti sono stati utilizzati per modellare e valutare un caso di stu-dio, costituito dal sistema ERTMS/ETCS per il controllo del traffico ferroviario sulle linee europee ad alta velocità. Si tratta di un sistema distribuito eterogeneo di tipo real-time, che ben si presta ad essere studiato utilizzando un approccio ibrido di modellazione. A partire dai requisiti funzionali, reperiti dal sito ufficiale dell’organo di standardizzazione, si è stilato un possibile modello ad oggetti del sistema, utilizzando il linguaggio UML, e, a partire da questo, si sono modellati i singoli sottosistemi, utilizzando, per ciascuno di essi, i formalismi più adatti. Nel corso della modellazione, si è reso necessario operare delle scelte progettuali che fossero al tempo stesso realistiche, affidabili e non eccessivamente onerose da implementare, sia in termini architetturali che nella scelta dei parametri, pur consapevoli del fatto che l’importanza dell’approccio risiedesse nella metodologia e non nei risultati, fortemente dipendenti da scelte non facilmente prevedibili in questo contesto (costo dei componenti, riuso delle tecnologie, ecc.). In ogni fase della tesi, dalla parte prettamente compilativa a quella propriamente sperimentale, non sono mancati apporti originali. Nella prima parte, l’originalità è consistita nel conferire il rigore della teoria dell’affidabilità alle tecniche comunemente utilizzate per migliorare la disponibilità di un sistema di elaborazione; nella seconda, i contribuiti originali sono legati essenzialmente alla costruzione e valutazione dei modelli, arricchita da considerazioni e scelte progettuali di carattere pratico, effettuate spesso più “cum grano salis” che giustificandole sulla base di risultati teorici. Infine, l’iter seguito è stato generalizzato, inserendolo in un ciclo di sviluppo di sistemi di elaborazione complessi per applicazioni critiche dal punto di vista dell’affidabilità e dei requisiti real-time.

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Prefazione 3 Prefazione I sistemi di elaborazione cosiddetti mission critical assumono un’importanza crescente sia in ambito industriale che aziendale, dal momento che ad essi sono demandate mansioni sempre più delicate. Il malfunzionamento di tali sistemi può comportare conseguenze di diversa natura e gravità: si va dai danni a livello di immagine (web servers) a danni di tipo economico (server transazionali), fino ad arrivare, nei casi più critici, a danni fisici a per- sone o cose (sistemi di controllo industriale). Data la criticità di questi sistemi, sarebbe au- spicabile prevedere in qualche modo sia la frequenza con cui i guasti si verificano, sia i fat- tori su cui bisogna agire per ridurne al minimo l’incidenza e l’effetto sulla funzionalità del sistema. E’ evidente, dunque, la necessità di valutare a priori l’affidabilità dei sistemi attra- verso metodi multiformali, in quanto la modellazione attraverso un unico formalismo limi- terebbe l’analista ad una visione troppo ristretta delle caratteristiche del sistema. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di illustrare gli strumenti di modellazione più adatti a descrivere un sistema complesso dal punto di vista sia strutturale che compor- tamentale. In particolare, i formalismi introdotti e utilizzati sono i diagrammi a blocchi af- fidabilistici, gli alberi dei guasti e le reti di Petri. Al fine di modellare sistemi eterogenei, viene presentato il framework OsMoSys, tutt’ora in fase di sviluppo, che rappresenta un ambiente di modellazione multi-formalismo/multi-risolutore. I risolutori utilizzati sono GreatSPN, per le reti di Petri, e SHARPE, per i diagrammi a blocchi e gli alberi dei guasti. Sfruttando le potenzialità di OsMoSys, è stato possibile estendere il formalismo degli albe- ri dei guasti introducendo la possibilità di riparazione, con l’effetto di aumentarne la poten- za espressiva senza, però, compromettere l’efficienza computazionale degli algoritmi riso- lutivi. Gli strumenti introdotti sono stati utilizzati per modellare e valutare un caso di stu- dio, costituito dal sistema ERTMS/ETCS per il controllo del traffico ferroviario sulle linee

Tesi di Laurea

Facoltà: Ingegneria

Autore: Francesco Flammini Contatta »

Composta da 259 pagine.

 

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