НАДЕЖНОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУТП - Надежность систем автоматизации
Одной из основных частей АСУ ТП является программное обеспечение (ПО), представляющее собой совокупность взаимосвязанных и автономных программ, описаний, инструкций программиста и пользователя, тестов и т. п.
Основным ядром ПО являются его программы, которые обеспечивают: нормальное функционирование УВМ и значительной части ТСА, переработку информации о состоянии ТОУ, определение регулирующих и управляющих воздействий, взаимодействие АСУ и управленческого персонала и другие функции. Качество работы всей АСУ ТП существенно зависит от качества ПО, под которым условно понимают совокупность таких разнородных свойств как корректность, быстродействие, стоимость, и, особенно, надежность.
Надежность ПО - есть свойство программного обеспечения своевременно выполнять в заранее указанных условиях эксплуатации вперед установленные функции.
В самом общем случае основную функцию ПО АСУТП можно рассматривать как своевременное получение некоторого результата или решения у при переработке входной информации х из множества Х.
Под х понимается контрольная информация от ТОУ, сигналы о состоянии технологического оборудования и ТСА, команды управленческого персонала и вышестоящих АСУ и т. п. Результат у зависит как от случайного х Х, так и от свойств ПО, носящих во многом стохастический характер. Поэтому установление каких-либо диапазонов изменения у и тем более границ допустимых или разумных результатов У оказывается в этом случае невозможным. Вследствие этого становится затруднительной строгая качественная оценка принадлежности данного у множеству "разумных" результатов У.
Решение о выполнении или невыполнении функций ПО вынужден принимать пользователь и, в меньшей степени разработчик программы или программист. Таким образом, надежность - это свойство программ обеспечивать "разумные" по мнению пользователя и программиста решения при переработке входной информации Х из условного множества Х и нормальном функционировании УВМ.
Надежность устанавливается по результатам работы ПО, т. е. при динамической проверке всех программ на множестве входной информации. Некорректное ПО заведомо ненадежно, однако и корректное ПО может быть ненадежным.
Рассмотренное определение надежности ПО базируется на понятии отказ программы, под которым понимается событие, заключающееся в появлении "неразумного" результата у Y при х Х и нормальной работе УВМ и ТСА.
Отказы ПО делятся на случайные и неслучайные.
Неслучайные отказы ПО обусловлены действием так называемых компьютерных вирусов.
Случайные отказы ПО наблюдаются в случайные моменты времени работы УВМ или процессора. По своим последствиям эти отказы классифицируются на Случайные сбои программ и устойчивые отказы ПО.
Под сбоем ПО понимают случайное событие, заключающееся в появлении "неразумного" результата у Y и исчезающее при последующих прогонах (запусках) программ.
Сбой ПО - это самоустраняющийся (перемежающийся) отказ программы, возникающий при некоторых, возможно случайных, состояниях УВМ и информации х Х, наблюдаемый пользователем в случайные моменты времени и исчезающий без вмешательства программиста.
Устойчивый отказ ПО наблюдается в случайный момент процессорного времени в форме "неразумного" результата у Y при х Х в нормальном функционировании УВМ.
Причиной отказа ПО служит некоторая систематическая ошибка программы, после устранения которой программистом данный отказ исчезает, т. е. имеет место восстановление ПО.
Различают ошибки первичного и вторичного типа.
Ошибки первичного типа связаны с неточностями в текстах программ и возникают при подготовке носителей и документации ПО, при записях кодов на алгоритмических языках и трансляции программ на машинный язык. А также из-за неточностей алгоритмов и при неверных или некорректных постановках решаемых на УВМ вычислительных задач.
Ошибки вторичного типа во многом являются следствием первичных ошибок программ. К ним относят ошибки:
Вычислительные (неверная индексация и подсчет временных параметров, расхождение результата ручного и машинного счета, появление неустойчивых операций и т. п.);
Логические (пропуск логических условий, неверные краевые условия и др.)
Сопряжения интерфейсов (межмодульных, программно-технических, информационных).
Ошибки первичного и вторичного типов порождаются на этапах разработки спецификаций на ПО; проектирования ПО; реализации программ.
Устранение ошибок или восстановление программ осуществляется программистом на этапе отладки ПО, который заканчивается сдачей готовых программ в эксплуатацию. Однако, как показывает опыт исследования надежности сложных ПО, около половины ошибок программ не выявляется на стадии отладки и сдачи ПО в эксплуатацию. Эти ошибки (преимущественно вторичные) проявляют себя в процессе эксплуатации ПО в случайные моменты времени t и приводят к отказам программ.
Отказы ПО при его эксплуатации имеют ряд отличий от отказов технических элементов:
- - Отказ ПО не приводит к разрушению или поломке программного элемента. Отказы ПО не связаны с физическим износом элемента (в частности носителя программ) . - Отказ ПО не коррелирован с процессорным и, тем более, астрономическим временем (с процессорным временем или числом прогонов ПО программ пользователем). - При длительной эксплуатации ПО все его ошибки могут быть устранены и программы становятся абсолютно надежными. Если обозначить через N(t) число не выявленных ошибок ПО в произвольный момент процессорного времени t, то формально имеет место соотношение lim N(t) = 0, справедливое при условии, что в процессе восстановления программ в них не вносятся новые ошибки.
Опыт создания и эксплуатации ПО реального времени показывает, что при устранении одних ошибок вносятся другие. Поэтому, при длительной эксплуатации ПО, общее число ошибок может оставаться постоянным или даже возрастать.
Для описания надежности ПО используют такие же функциональные и числовые характеристики, как и при исследовании надежности технических элементов.
Основные показатели надежности ПО:
- 1. Функция ненадежности или отказа ПО Q(t) = Вер {того, что отказ ПО появится до момента времени t}; 2. Функция надежности ПО P(t) = Вер {того, что отказ ПО появится после момента времени t); 3. Интенсивность отказов ПО (t) = dQ/dt: 4. Средняя наработка на отказ ПО: t = t f(t)dt = P(t)dt
Программное обеспечение АСУТП состоит из большого числа программ, подпрограмм и модулей, находящихся под управлением операционной системы реального времени или программы-диспетчера. Выполнение каждой из этих программ осуществляется последовательно во времени на одном и том же процессоре. Если эти программы имеют взаимные информационные связи или предназначены для получения одного результата y (вычисление одной функции), то в надежностном отношении такой программный комплекс представляет собой простую систему без избыточности и вероятность его безотказной работы равна произведению вероятностей безотказной работы каждой i-ой программы:
Где m - общее число программ.
Надежность такого ПО определяется надежностью отказов самой "ненадежной" программы, имеющей наибольшее значение, i=1,m.
Для повышения надежности нерезервиированного ПО следует в первую очередь улучшить характеристики самых "ненадежных" программ (более жесткое динамическое тестирование "ненадежных" программ, расширяя при этом набор тестовых задач). Если тестирование не уменьшает интенсивность проявления ошибок, то переписывают "ненадежную" программу, стремясь усилить ее структурированность путем увеличения числа готовых и хорошо изученных программных модулей и стандартных подпрограмм и применения апробированных межмодульных интерфейсов. Понижению интенсивности способствует и переход на другой более высокий язык программирования.
Другой путь повышения надежности ПО связано с резервированием и введением в программную систему некоторой избыточности.
Применительно к ПО АСУТП различают три вида резервирования:
- 1. временное; 2. информационное; 3. программное.
Временное резервирование ПО заключается в многократном прогоне одних и тех же "ненадежных" программ и сравнении результатов расчета. Такое нагруженное резервирование позволяет устранять влияние случайных сбоев и выявлять случайные ошибки, требующие восстановления программ.
Информационное резервирование ПО основано на дублированных исходных и промежуточных данных. Эти данные могут проходить дополни тельную обработку, например, усреднение, до ввода в ПО, где они обрабатываются один раз; или обрабатываться одной и той же программой дважды, т. е. информационное резервирование подкрепляется временным.
Программное резервирование предусматривает наличие в ПО двух или больше разных программ для получения одного и того же результата у или реализации одной функции. Здесь возможно нагруженное и ненагруженное резервирование.
Резервирование программного обеспечения распределенных АСУТП часто сопровождается аппаратурным резервированием. При отказе ПО какой-либо локальной технологической станции или при выходе из строя технических средств этой станции, операционная система РАСУ передает выполнение ответственных функций отказавшей ЛТС другой станции.
Рекомендуемая литература для дополнительного чтения:
- 1. Балакирев В. С., Бадеников В. Я. Надежность технических и программных средств автоматизации. Учеб. пособие для ВУЗов. - Ангарск.: Ангарский технологический институт, 1994, - 64 с. 2. Ястребенецкий М. А., Иванова Г. М. Надежность АСУТП. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 264 с. 3. Надежность АСУ: Учеб. пособие для ВУЗов/ Под ред. Я. А. Хетагурова. - М.: Высшая школа, 1979. - 287 с. 4. Курочкин Ю. А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 240 с. 5. Шураков В. В. Надежность программного обеспечения систем обработки данных. Учебник для ВУЗов. - М.: Финансы и статистика, 1987. - 272 с.
Похожие статьи
-
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
После каждого отказа восстанавливаемой системы следует ее восстановление, проводимое заменой отказавшего элемента на идентичный работоспособный или...
-
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Анализ надежности автоматических систем и ее состав-ляющих может быть разделен на две задачи: статическую и дина-мическую. Надежность системы (при...
-
При создании и эксплуатации автоматических систем необхо-димо стремиться обеспечить заданную, а иногда и максимальную надежность системы при...
-
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Автоматические системы, а также их отдельные элементы при эксплуатации находятся под воздействием различных факто-ров, которые будем называть нагрузками....
-
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ. - Надежность систем автоматизации
Если в результате проектирования нерезервированной системы не удается обеспечить требуемую безотказность, можно применять следующие методы повышения...
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Для оценки поведения автоматической системы в эксплуата-ционных условиях используется понятие надежности системы. При эксплуатации автоматическая система...
-
ПРИНЦИПЫ ОПИСАНИЯ НАДЕЖНОСТИ АСУ ТП. ОТКАЗЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Автоматизированную систему управления, как и любую сложную систему, целесообразно рассматривать как совокупность элементов с определенной взаимосвязью...
-
Показатели надежности Требуемый уровень надежности технических объектов в процессе эксплуатации осуществляется путем проведения комплекса...
-
ВВЕДЕНИЕ - Расчет надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты)
Целью данной работы является анализ особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов). Актуальность...
-
Одной из важнейших задач на этапе проектирования является правильный выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности. Необоснованный выбор...
-
Общие рекомендации по повышению прогнозируемой надежности блока согласования каналов сводятся к следующему: - Для выявления ранних отказов необходимо...
-
Защита и сигнализация, Расчет надежности системы - Производство бумаги
В процессе работы сортирирующего гидроразбивателя в котором проиходит сортировка макулатурной массы. Так как по технологическим требованиям процесс...
-
Модели расчета прогнозируемой интенсивности отказов распространяются на период постоянства интенсивности отказов во время эксплуатации аппаратуры....
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Расчет надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты)
Результаты анализа особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов), полученные в данной работе,...
-
По структурной схеме системы, приведенной на Рис. 6.1., составим математическую модель проектируемой системы для дальнейшего моделирования, которая...
-
Вероятность безотказной работы Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданий наработки отказ объекта не возникает. На...
-
Для снижения давления в подающем трубопроводе наружной теплосети предусмотрена установка дроссельной шайбы. Контур отопления Для поддержания оптимального...
-
Функциональная схема системы автоматизации приведена на рис. Э1. В дополнение к существующим подсистемам включены следующие: АСК концентрации входящей...
-
Класс в Rational Rose -- это описание общей структуры (данных и связей) для дальнейшего создания объектов. Для того чтобы генератор Rational Rose имел...
-
Алгоритм расчета надежности технических систем на этапе проектирования На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования...
-
Наладку систем автоматизации начинают до полного завершение всех монтажных работ на объекте. При этом необходимо убедиться в том, что отдельные приборы...
-
Данное предприятие занимается производством 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76 "Учебная техника и технологии" Отдел "ГАП и станки ЧПУ" Мазеин Петр...
-
Введение - Цифровая система автоматического регулирования температуры воды в баке
Проблема автоматизации в различных отраслях народного хозяйства является в настоящее время одной из ключевых и ее решение относится к одному из...
-
Системы диагностики и управление точности обработки - Виды автоматизированных производств
Любое спроектированное и изготовленное технологическое оборудование и его система ПУ в процессе эксплуатации должны находиться в работоспособном...
-
Средней наработкой до отказа называется математическое ожидание наработки объекта до первого отказа T1. Вероятностное определение средней наработки до...
-
Введение, Основные понятия - Основные показатели надежности
Современный человек не мыслит своего существования без различных механизмов, которые упрощают жизнь и делают ее намного безопаснее. Любая используемая...
-
Исходные допущения и предпосылки Блок согласования каналов (БСКЛ) предназначен для работы на усилительных пунктах и объединения выходов нескольких...
-
Классификация автоматизированных систем (АС) Условно модель любой целесообразной деятельности можно представить как систему, состоящую из объекта...
-
Важное влияние на развитие системы метрологического обеспечения качества по стандартизации и сертификации в РФ оказывает несовершенство нормативной и...
-
Выбор объекта для сравнения В дипломном проекте разрабатывалась новая система электропривода на базе комплектного тиристорного преобразователя серии...
-
Программная модель ОМК - Электрическая структурная схема микропроцессорной системы
ОМК выполняет действия над 8-разрядными операндами. Программная модель CPU MCS-51 содержит шесть регистров. Все регистры, кроме счетчика команд PC,...
-
Расчет прогнозной интенсивности отказов электрической схемы БСКЛ Эксплуатационная интенсивность отказов резисторов постоянного сопротивления ЛЭRпост =...
-
Автоматизация оборудования позволяет увеличить его производительность, сократить затраты материалов, топлива и энергии за счет более рационального их...
-
Для обеспечения требуемых статических и динамических параметров определим требуемую структуру системы. Поскольку необходимо регулировать мощность...
-
Характеристика объекта автоматизации Полосы черной жести, задаваемые в линию АЭЛ, должны иметь следующие характеристики. 1 Марка стали 08кп, 08пс, 08ю. 2...
-
Метрология как наука и область практической деятельности человека зародилась в глубокой древности. На всем пути развития человеческого общества измерения...
-
Особенности проектирования систем управления ГПС - Виды автоматизированных производств
Состав и структура ГПС определяются содержанием выполняемого производственного процесса, который формируется на основе: конструктивно-технологических...
-
Для исследования точности рассмотрим реакцию системы на типовое воздействие вида "Ступенька". Данное воздействие является одним из наиболее сложных для...
-
Фазовая частотная характеристика определяет запаздывание выходного сигнала по отношению к входному. Найти зависимость фазы от частоты входного...
-
Алгоритм принятия решения об эксплуатации оборудования на основе линейной аппроксимации реализован с помощью программы MathCad. С помощью средств...
НАДЕЖНОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУТП - Надежность систем автоматизации