Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И ЕГО 6 ОСОБЕННОСТИ. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.
1.1 Программное обеспечение средств измерений. Анализ особенностей. 6
1.2 Исследование основных источников ошибок программного обеспечения 9
средств измерений и риски, связанные с его использованием.
Ошибки, связанные с погрешностью, вносимой программным обеспечени- 9 ем при обработке данных
Ошибки, связанные с искажением ПО и данных. Риски, связанные с ис- 15 пользование программного обеспечения.
Исследование особенностей разработки программного обеспечения метроло- 16 гического назначения
Анализ состояния вопроса в области регламентации требований и методоло- 18 гии аттестации программного обеспечения средств измерений.
Международные и отечественные нормативные документы. 19
Национальные рекомендательные документы 19
Стандарты ИСО в области качества ПО 20
Руководства и рекомендации международных и региональных метрологи- 21 ческих организаций
Выводы по главе 1 24
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕ- 25 ЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Анализ существующих подходов к классификации программного обеспече- 26 ния средств измерений
Разработка классификации программного обеспечения средств измерений 29
2.3 Разработка рекомендаций по применению разработанной классификации 33
программного обеспечения средств измерений при назначении уровней требо
ваний к нему
Выводы по главе 2 37
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕ- 38 НИЮ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Установление критериев требований к программному обеспечению 38
Разработка общих требований к программного обеспечения средств измере- 41
Выводы по главе 3 47
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МЕТРОЛОГИЧЕ- 48
СКОЙ АТТЕСТАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕ
РЕНИЙ.
4.1 Метрологическая аттестация программного обеспечения. Общая методоло- 49
гия аттестации.
4.2. Исследование методов тестирования программного обеспечения средств 53
измерений
4.2.1 Общие методы тестирования ПО СИ (функциональное тестирование) 55
4.2.2 Исследование методов оценки погрешности, вносимой программным 57
обеспечением при обработке данных
4.2.3 Методы защиты программного обеспечения gg
4.3 Разработка методики метрологической аттестации программного обеспече- 73
ния средств измерений и порядка ее проведения
Разработка порядка проведения метрологической аттестации ПО СИ у^
Разработка методики метрологической аттестации ПО СИ 75
Выводы по главе 4 86
ГЛАВА 5. ПРАКТИКА МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ ПРОГРАММ- 87
НОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
5.1 Эталонные данные. Источники и методы получения. 88
Библиотека эталонных данных и алгоритмов НФЛ 88
Библиотека эталонных данных НИСТ 89
5.2 Генерация эталонных наборов данных методом нуль-пространства 91
5.2.1 Разработка программной реализации алгоритмов генерации эталонных на- 96
боров данных.
5.3 Практика проведения работ по метрологической аттестации программного 106
обеспечения средств измерений
Выводы по главе 5 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
Список литературы 120
Введение к работе
В большинстве современных средств измерений (СИ) применяется соответствующее программное обеспечение (ПО). При этом под ПО СИ понимается компьютерная программа или совокупность программ, реализующие алгоритмы сбора, передачи, обработки, хранения и представления измерительной информации, а также программные документы, необходимые для применения этих программ. Для решения указанных задач ПО может применяться как совместно с СИ, так и автономно.
Использование ПО при измерениях или при обработке их результатов, обеспечивает функции управления и обработки данных в удобной и эффективной форме. Более того, многие СИ не могут функционировать без наличия соответствующего ПО. Это привело к тому, что объемы и масштабы использования ПО для самых разнообразных функций, а также для автоматизированной обработки измерительной информации в последнее время стремительно возрастали и продолжают возрастать. Вместе с тем, предоставляя большие возможности и преимущества, использование ПО может привести к появлению ошибок, погрешностей, связанных с самим ПО.
Как известно, СИ, с целью обеспечения единства измерений в стране проходят метрологический контроль на соответствие определенным требованиям либо в виде испытаний для утверждения их типа и поверки, если они используются в сфере действия государственного метрологического контроля и надзора, либо в виде калибровки, если они в этой сфере не используются. ПО, входящее в их состав, не аттестуется отдельно, а проходит аттестацию в составе СИ, т.е. в процессе аттестации не учитываются характеристики надежности и погрешности самого ПО. Кроме того, ПО не входящее в состав СИ, а используемое автономно для обработки измерительных данных, в большинстве случаев не аттестуется вообще.
Учитывая все возрастающую надежность механических, электрических и электронных компонентов средств измерений (СИ) можно сделать вывод, что качество измерений все в большей степени определяется правильной работой программного обеспечения (ПО).
Например, в случаях когда на вход СИ поступают данные, подчиняющиеся случайному процессу распределения и определяемые некоторым интегральным значением (автокорреляционная функция, спектральная плотность и другие статистические характеристики), результат измерений существенно может зависеть от времени наблюдения или частоты и стабильности интервала дискретизации и т.д. При поверке, как правило, осуществляется подача на вход постоянного сигнала и при этом невозможно оценить работу СИ при условии, что сигнал постоянным не будет. Во многих случаях технически сложно проимитировать сигнал близкий к реальному на входе или невозможно вообще, а в то время как программным образом сделать это возможно и, таким образом, провести испытания ПО СИ в реальных условиях функционирования.
В качестве другого примера можно привести открытые системы теплоснабжения. При установке теплосчетчика в открытую систему он содержит два или более расходомера, которые оценивают количество поступающего на объект и возвращающегося от объекта тепла и не менее 2 датчиков температуры и тепловычислитель, производящий расчет потребляемого тепла. Поверка при этом осуществляется поэлементно - отдельно датчики, расходомеры и т.д. После поверки и установки системы на объекте допускается возможность корректировки некоторых констант, используемых при оценке количества теплоты, после чего нет оснований доверять показаниям прибора. Поставщики подобных СИ часто модифицируют ПО не подвергая его дополнительным исследованиям и не внося изменений в описание типа.
Таким образом, необходимо проводить проверку ПО в первую очередь для определения погрешности, вносимой ПО в результаты измерений при обработке измерительных данных, защищенности информации от искажений, неавторизованного доступа и другие виды проверок.
Испытания СИ, содержащих ПО, проводимые только для определения метрологических характеристик СИ без учета влияния на них и общую надежность системы ПО, во многих случаях недостаточны. При этом получение достоверных результатов измерений предъявляет ряд требований к ПО СИ. Из этого следует, что ПО, входящее в состав СИ, должно проходить аттестацию. При этом под аттестацией понимается исследование (тестирование) ПО СИ с целью определения и/или оценки его характеристик и установления их соответствия предъявляемым к ним требованиям с последующей регистрацией полученных результатов исследования в свидетельстве об аттестации (с указанием использованных методов исследования).
Исследование состояния проблемы показали, что на международном уровне разработаны руководства и рекомендации (некоторые пока только в виде проектов), регламентирующие общие вопросы требований и тестирования ПО метрологического назначения. Анализ состояния данной проблемы в нашей стране показывает, что в настоящее время практически отсутствует нормативно-методическая база для проведения испытаний ПО, входящих в состав СИ (или как минимум она недостаточна, для практического применения), а практика проведения таких работ носит несистемный характер, и характеристики ПО и его влияние на общую функциональность СИ, как правило, отдельно не оценивается и не документируется.
В связи с этим, разработка нормативно-методических основ проведения работ по метрологической аттестации ПО СИ является необходимой и актуальной. При этом основными компонентами указанных основ являются требования к ПО СИ и методика его аттестации на соответствие этим требованиям, что и будет являться основной задачей, решаемой в диссертации.
