CC BY
49
УДК 621.873
А.Н. Иноземцев, д-р техн. наук, проф., за. кафедрой, (4872)35-18-87, zem@uic.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
О.А. Ямникова д-р техн. наук, пр°ф., (4872)35-18-87, Yamnikova_Olga@mail.ru, (Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ИНФОРМАЦИОННЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ
Рассмотрены методы достижения требуемой надежности программного обеспечения. Предлагаются критерия их применимости в условиях эксплуатационной стадия жизненного цикла систем ччслового программного управления.
Ключевые слова: надежность, математическое обеспечение, технологические системы.
Основным направлением обеспечения требуемого уровня качества производственного процесса на машиностроительных предприятиях является всесторонняя автоматизация технологических процессов на основе применения информационно-управляющих систем. Этим обусловлено массовое обновление парка металлообрабатывающих станков и увеличение доли оборудования, управляемого микропроцессорными системами ЧПУ. В таком оборудовании все возрастающа роль отводится математическому и программному обеспечениям (МО и ПО), которые выполняют множество различных расчетных и интерфейсных функций, а также решают задачи управления элементами системы.
Для обеспечения приемлемого уровня надежности программных комплексов микропроцессорных систем ЧПУ применяются еле дующие основные стратегии (рисунок): программное резервирование, аппаратное резервирование, диагностика целостности и корректности функционирования, имитационное моделирование, обеспечение "прозрачности" защиты для легального пользователя, организация защиты от вирусов и вредоносных программ и обеспечение непрерывности информационных потоков.
1. Плановое создание резервных копий корректно функционирующих состояний программных комплексов (так называемое программное резервирование). Резервна копия может быть создана для отдельной структурной части ПО, для всего программного комплекса или для всего содержимого носителя информации.
Применимым методом к значительной части парка станков с микропроцессорными системами ЧПУ является резервирование состояния программного комплекса в окрестности точки экстремальной приработки системы, когда тонка параметрическая наладка завершена. Необходимо заметить, что резервирование желательно произвести также и в точке начаа
эксплуатации по окончании пуско-наладочных работ и тестирования эффективности пилотного технологического процесса.
Состав программы надежности
Применение такого метода обычно связано с временной неработоспособностью оборудования, так что время создания образа и профилактического восстановления необходимо выбирать по критерию минимизации потерь от простоя. В то же время его эффективность чрезвычайно высока. Например, внедрением резервирования в том или ином виде на раде комплексов ПО станков с микропроцессорными системами ЧПУ на предприятии ОАО “Тульский оружейный завод” удалось добиться троекратного сокращения времени восстановления оборудования после отказа.
Критериями применимости программного резервирования являются:
1) степень загруженности конкретной единицы оборудования - если станок является важным звеном производственного процесса или узлом схождения нескольких технологических процессов, то создание резервной копи обязательно;
2) наработка на отказ - если среднее время между отказами ПО становится недопустимо мао для нормального функционирования станка, то принимается решение о восстановлении с использованием резервной копи;
3) удельные потери при простое - аналогично первому подпункту;
4) время переустановки программного обеспечения и степень прозрачности системы защиты - если переустановка программного комплекса по правилам эксплуатации с помощью дистрибутива связана с проблемами
обновления кодов защиты или крайне длительна по времени, то целесообразно полное резервирование файловой системы. В этом случае нарушения лицензионного соглашения не происходит, т.к. система защиты и программный код остаются в нетронутом состоянии и применение данного ПО на другом экземпляре оборудования невозможно;
5) ущерб при откае - в случае накопления ошибок и коллизий в комплексе ПО станка до уровня эмердженности, когда последующее поэлементное восстановление становится неэффективным, необходимо вернуть систему в одно из ранее зафиксированных рабочих состояний.
На основании вышесказанного становится очевидным, что для уни-каьных сложных станков, имеющихся на предприятии в одном экземпляре или имеющих высокий коэффициент загрузки, целесообрано иметь запасной физический носитель информации (например, жесткий диск) с предустановленным, готовым к работе программным комплексом для минимизации времен простоя при восстановлении. Дополнительным условием применимости такого метода является необходимость учета критичности откаа. Если прогнозируемое время восстановлени после откаа без демонтажа системы управления меньше времени замены жесткого диска (с учетом времен на синхронизацию работы специалистов отдела главного механика, инженера ОПОТОиНТ и цеховых служб оно примерно равно 4 часам), то ПО восстанавливается на текущем носителе без его замены. Также следует учитывать время на подготовку предустановленной копи к работе (а, следовательно, простой оборудования в период метшей нагружен ости), т.к. на резервном жестком диске программный комплекс должен быть наажен несколько по другому вследствие “привязки” системы защиты от нелегаь-ного использования ПО и к параметрам станка, и к параметрам носителя.
2. Аппаратное резервирование - ввод в ЧПУ резервных параллельных модулей, которые либо постоянно осуществляют дублирование функций основных узлов (например, КЛТО-массивы накопителей на жестких магнитных дисках), либо подключаются к работе в случае выхода из строя основной цепи. При этом подключение резервного модуля может осуществляться как в автоматическом, так и в ручном режимах.
Основным критерием применимости аппаратного резервирования является структурна приспособленность системы к этому методу. Большинство микропроцессорных ЧПУ в этом плане - закрытые системы и их эволюци в направлении аппаратного дублирования информации не предусматривается разработчиком.
3. Планова диагностика целостности и корректности функционирова-ни ПО, проводящася программными средствами, включенными в комплект поставки оборудования, сторонними комплексами или вручную. Средства диагностики целостности и корректности функционирования ПО часто включены в общую программно-аппаратную систему циклов самодиагностики станка и запускаются на выполнение при каждом включении оборудова-
ни. Критерием применимости сторонних средств диагностики является ж совместимость с основными модулями системы. Регулярна проверка корректности функционирования ПО в том или ином ввде инженером по программному обеспечению является обязательной в любом случае.
4. Имитационное моделирование работы станка с целью предупреждения отказов и проверки корректности управляющих программ (УП). Проводится с помощью специальных комплексов обычно с выводом на экран визуализации обработки заготовки в двух- или трехмерном представлении. Программа использует те же логические устройства и данные, что и система управления станком. Следовательно, то, что видно на экране, произойдет и при работе на стаже. Это позволяет обнаружить и устранить ошибки уже на этапе проектировани обработки, а значит обезопасить себя от повреждения изготавливаемой детали, крепежной оснастки или инструмента до начала работы непосредственно на стане. Такое ПО обычно опционально поставляется как часть программного комплекса управления многокоординатным обрабатывающим центром из-за повышенной сложности его программирования и наладки.
Проведение проверки корректности управляющей программы и программного комплекса автоматической логики методами имитационного мо-дeлирoвaнд технологического процесса оправдано во всех случах, когда имеются соответствующие программно-аппаратные средства, а их применимость к конкретному экземпляру станка и процесса обработки подтверждена сопроводительной документацией или опытом эксплуатации.
5. Изучение механизмов обеспечени “прозрачности” системы защиты ПО для легального пользователя на этапе приемки станка. Во избежание дополнительных потерь от простоя оборудовани при необходимости переустановки ПО необходимо заранее изучить механизм получения регистрационных кодов от производителя. Изучение системы защиты ПО, если такая система вообще включена в программный комплекс ЧПУ, эффективно на ранних этапах эксплуатации системы и не должно сопровождаться изменением системы паролей или программного кода.
6. Организация защиты от вирусов и вредоносных программ. ПО современных микропроцессорных СЧПУ подвержено риску “заражени” компьютерным вирусом ли вредоносной программой. Это может произойти как при обмене информацией системы с внешней средой в производственных целях (наладка и программирование машины), так и при нецелевом использовании промышленного компьютера оператором ли наладчиком (установка и запуск мультимедиа программ). Если риск откаа ПО по этой причине достаточно велик, то целесообразно установить один из распространенных антивирусных программных комплексов. При этом необходимо учитывать, что регулярное обновление антивирусной базы должно производиться вручную, т.к. промышленный компьютер редко имеет доступ к серверу обновлений глобальной сети Интернет. Разработ-
чики микропроцессорных систем ЧПУ не снабжают программные комплексы средствами защиты от компьютерных вирусов и вредоносных программ. Критерием применения сторонних средств защиты является уровень требований их к вычислительной мощности в условиях необходимости потоковой диспетчеризации систем реального времени
7. Обеспечение непрерывности информационного потока, связывающего раработчика УП, наадчика машины и оператора с технологическим оборудованием. Это подраумевает поддержание в рабочем состоянии интерфейсов манипуляции с данными, обеспечение информационного потока подходящими носителями информации, организацию постоянного резерва памяти ЧПУ для корректировки или внедрения новой УП.
Вышеперечисленные стратегии повышения надежности системы менеджмента ПО МСУ ТО не являются взаимоисключающими, а при их смешанном применении обща эффективность возрастает. Несмотря на это, необходимо заметить, что их внедрение связано с материаьными затратами и может рассматриваться кк задача страховки от риска больших потерь ценой потерь меньших. К тому же применение этих методов персо-нмом недостаточной кваификации может вызвать отааз ПО СЧПУ.
Построение на предприятии эффективной, нормативно закрепленной системы менеджмента надежности ПО технологических систем с применением перечисленных стратегий позволяет значительно повысить качество производственного процесса с применением современного оборудования с программным управлением.
Работа выполнена в рамках тематического пана Рособразования №2 1.5.09 и при финансовой поддержке РФФИ проект №2 08-08-99045-р_офи.
Библиографический список
1. Маркс Г. Информационные носители для электронных архивов / Сети и системы связи on-line - Электрон. дан. (1 файл). -http://www.ccc.ru/magazine/depot/07_02/read.html
2. Сергиевский Л. В. Наадк и эксплуатация станков с устройствами ЧПУ. М.: Машиностроение, 1981. 240 с.
3. Шишкин И. Ф., Станякин В. М. Квалиметрия и управление кче-ством: учебник для вузов. М.: Изд-во ВЗПИ, 1992. 256 с.
A. Inozemtsev, O. Yamnikova
Manufacturing equipment software reliability assurance
Manufacturing equipment software reliability assurance methods have been considered. Application criteria for the NC control lifecycle operation stage have been suggested.
Получено 12.11.2009
