CC BY
223
УДК 004.415.535
Е. В. Рулева
ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Аннотация. В статье показана актуальность проблемы метрологического обеспечения измерительных систем; виды деятельности, включающие в себя метрологическое обеспечение измерительных систем. Рассмотрено применение программного обеспечения; необходимость проверки и проблема установления требований к программному обеспечению средств измерений; основные факторы для проверки программного обеспечения средств измерений; перечень международных и отечественных нормативных документов, устанавливающих требования к программному обеспечению средств измерений. Приведены требования на основе Руководства WELMEC 7.2 [6] - типы наборов требований, примеры наборов требований, и приведены соответствующие рисунки (1, 2).
Ключевые слова: метрологическое обеспечение, средства измерений, измерительные системы, программное обеспечение, требования, проверка в целях утверждения типа.
Введение
Вопросы метрологического обеспечения (МО) средств измерений (СИ) с каждым днем приобретают все большую актуальность, но наиболее остро эти вопросы встают при МО измерительных систем (ИС), как локальных, так и глобальных. Сложность МО ИС заключается в том, что у пользователей ИС, стремящихся к постоянному улучшению, ежедневно возникает желание возложить на ИС все новые и новые функции, что приводит к постоянной модернизации ИС. В связи с постоянным техническим прогрессом нормативная документация и различные методические документы не успевают усовершенствоваться и идти в ногу со временем, что приводит к большим трудностям при МО ИС [1].
Программное обеспечение в информационно-измерительных системах
В соответствии с ГОСТ Р 8.596-2002 [2] под ИС понимается совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы (ИК), и вспомогательных устройств (компонентов ИС), функционирующих как единое целое, предназначенных для:
- получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние;
- обработки результатов измерений;
- регистрации и индикации результатов измерений и результатов их обработки;
- преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях.
ИС являются разновидностью СИ и на них распространяются все общие требования к средствам измерений. МО ИС включает в себя следующие виды деятельности:
- нормирование, расчет метрологических характеристик (МХ) измерительных каналов ИС;
- метрологическая экспертиза технической документации на ИС;
- испытания ИС с целью утверждения типа; утверждение типа ИС и испытания на соответствие утвержденному типу;
134
Техника, технология, управление
- сертификация ИС;
- поверка и калибровка ИС;
- метрологический надзор за выпуском, монтажом, наладкой, состоянием и применением ИС.
В соответствии с ГОСТ 8.009-84 [3] для СИ нормируются основная (в нормальных условиях) и дополнительные (как функции влияния влияющих величин) погрешности; теоретически для многих типов ИК ИС (реализующих, например, прямые методы измерений (МИ)) могут быть рассчитаны MX по МИ 222-80 и МИ 2168-91 и установлены соответствующие для них нормы. Однако данных, требуемых для расчета, на практике обычно недостаточно.
Проблема заключается в том, что:
1) нормирование MX СИ может отличаться как по номенклатуре характеристик и способам их нормирования, так и по совокупности подлежащих нормированию функций влияния влияющих величин;
2) нормирование дополнительных погрешностей СИ проводится лишь для ограниченного числа влияющих величин, воздействие же части влияющих величин не учитывается. Другими словами, отсутствие тех или иных функций влияния в номенклатуре нормируемых MX СИ не говорит о том, что такое влияние действительно отсутствует (или пренебрежимо мало). При этом воздействие влияющих величин проверяется лишь при типовых испытаниях на ограниченном количестве образцов и при эксплуатации более не проверяется. При этом результаты типовых испытаний распространяются на все СИ данного типа, выпускаемые данным изготовителем в течение следующих нескольких лет. Очевидно, что достоверность таких функций влияния весьма и весьма невысока;
3) нормирование функций влияния осуществляется лишь для величин, действующих на СИ отдельно, хотя в действительности они воздействуют одновременно. Возникающая при указанных причинах погрешность адекватности модели (от взаимного влияния факторов) не учитывается (и не оценивается) в действующем документе РД 50-453-84, а потому не позволяет достоверно рассчитать погрешность СИ в фактически сложившихся рабочих условиях эксплуатации;
4) территориальная распределенность ИС приводит к тому, что ее измерительные компоненты могут находиться в различных индивидуальных для каждого компонента условиях эксплуатации. Вместе с тем методы расчета погрешности должны учитывать возможную корреляцию изменений самих влияющих величин, воздействующих на различные компоненты ИК ИС;
5) иногда возникают ситуации, когда в состав ИК ИС требуется включить СИ не утвержденных типов. Тогда, в этом случае, логично утверждение как типа СИ в составе ИК, но эта процедура не регламентирована в нормативных документах (НД). На практике применяется;
6) в рекомендации МИ 2439 в качестве МХ ИК (нормируемых или определяемых расчетом) требуется указывать характеристики линии связи, если она не входит в состав комплектующих компонентов ИС при выпуске с завода-изготовителя и появляется как компонент ИС только при монтаже на объекте. В настоящее время отсутствует единый подход к оценке границ погрешности, вносимой в результат измерений различными типами линий связи (ЛС) и каналообразующей аппаратурой (проводная ЛС, телефонная ЛС, радиоканал и т.д.);
7) не регламентированы требования, предъявляемые к системам обеспечения единого времени (СОЕВ) и способы реализации СОЕВ (по сигналам системы GPS (Global
135
Вестник Пензенского государственного университета № 4 (12), 2015
Positioning System), с использованием эталонных сигналов времени передаваемым радиостанциями государственной службы времени и частоты РФ и т.д.).
Проверка программного обеспечения средств измерений при испытаниях в целях утверждения типа
Диапазон применения и уровень сложности программного обеспечения (ПО), используемого в современных СИ, варьируются в очень широких пределах в зависимости от архитектуры построения СИ [4].
Естественно, что ПО, являясь неотъемлемой составной частью самого СИ, при утверждении типа СИ должно быть объектом соответствующей проверки (анализа и тестирования). При этом должна проводиться проверка идентификации и защиты ПО от случайных и преднамеренных изменений, которые могут исказить результаты измерений, выполняемых данными СИ.
Проблеме установления требований к ПО СИ и методам его проверки уделяется серьезное внимание в законодательной метрологии. В том числе обеспечение защиты ПО СИ установлено требованиями к СИ в статье 9 Закона Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений».
Глубина и детализация процедур проверки ПО, естественно, должны зависеть от следующих основных факторов:
- степень риска повреждения (искажения) ПО в результате непреднамеренных или преднамеренных вмешательств;
- уровень ответственности за достоверность результатов измерений, выполняемых данными СИ, и значимость этих результатов (экономическая, социальная или др.).
Имеется целый ряд международных и отечественных нормативных документов, устанавливающих требования к ПО СИ и его проверке, и их сравнительный анализ.
Работы в области законодательной метрологии, направленные на создание документов (рекомендаций), устанавливающих требования к ПО СИ, методам его тестирования, активно ведутся с начала XXI в. При этом, естественно, в значительной мере используются документы, разработанные ИСО и МЭК в области информационных технологий, так как проблема защиты ПО имеет в основном общий характер для всех технических средств.
К настоящему времени выпущены соответствующие документы международных метрологических организаций, из которых наибольше внимание заслуживают следующие:
- документ Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ) -OIML D31, Edition 2008(E) «General requirements for software controlled measuring instruments» [5];
- документ Европейской организации по законодательной метрологии WELMEC 7.2 Issue 4.2009 «Software Guide (Measuring Instruments Directive 2004/22/EC)» [6];
- документ рабочей группы WP2 программы «European Research Program for Competitive and Sustainable Growth» под названием «MID Software Work Package 2. Methods for Validation and Testing of Software. Revision 29 September 2004» [7].
Региональной метрологической организацией КООМЕТ, членом которой является Россия, выпущена рекомендация COOMET R/LM10-2004 «Программное обеспечение средства измерений. Общие технические требования» [8].
В России существует ряд нормативных документов, в которых установлены рекомендации по проверке защиты программного обеспечения и определению ее уровня при испытаниях средств измерений в целях утверждения типа, которые содержат положения, изложенные в документах [9, 10].
136
Техника, технология, управление
В рекомендации WELMEC 7.2 рассмотрены десять видов, которые перечислены в Директиве Европейского союза по средствам измерений 2004/22/ЕС, широко известной под сокращенным наименованием «MID». Для них, за исключением нескольких позиций, по которым документы еще находятся в стадии разработки, изложены специфические требования и процедуры проверки ПО СИ.
Требования к программному обеспечению средств измерений на основе Руководства WELMEC 7.2
Руководство WELMEC 7.2 [6] организовано как структурированный набор блоков требований. Из общей структуры Руководства следует классификация СИ на основе базовых конфигураций и классификация так называемых IT конфигураций. Набор требований дополняется специальными требованиями к СИ. Следовательно, имеется три типа наборов требований:
1) требования для двух основных конфигураций СИ (названных типами P и U);
2) требования для четырех IT конфигураций (названных Приложениями L, T, S и D);
3) специальные требования к СИ (названные Приложениями I.1, I.2).
Первый тип требований применим ко всем СИ. Второй тип требований имеет отношение к следующим функциям, предусмотренным информационными технологиями: долговременное сохранение данных измерений (L), передача данных измерений (T), программная загрузка (D) и программное разделение (S). Каждый набор требований используется только в том случае, если соответствующая функция существует. Последний тип - набор дополнительных специальных требований к СИ. Нумерация следует за нумерацией дополнений в MID, относящихся к специальным требованиям к СИ. Таким образом, набор блоков требований, который должен применяться к данному СИ, схематически показан на рис. 1.
Рис. 1. Типы требований, которые должны применяться к СИ
Рисунок 2 показывает, какие наборы требований существуют. В дополнение к описанной структуре требования Руководства [6] различаются в соответствии с классами риска. Вводятся шесть классов риска, обозначаемые буквами от А до F в направлении повышения риска. Низший класс риска А и высший класс F не рассматриваются. Они вводятся для возможного случая в будущем, когда они могут понадобиться.
Остальные классы риска от B до E перекрывают все классы СИ, попадающие под регулирование MID. Более того, они обеспечивают достаточное поле возможностей в случае изменения оценок риска.
Для каждого СИ должна быть произведена оценка класса риска, потому что конкретные требования к ПО определяются, прежде всего, классом риска, присущим прибору.
На основании изложенного делаем вывод о том, что формирование требований к программному обеспечению средств измерений, выполнение которых в процессе разработки средств измерений обеспечит положительный результат проверки программного обеспечения средств измерений при испытаниях в целях утверждения типа, целесообразно осуществлять в соответствии с нормативными документами, такими как WELMEC 7.2.
137
Вестник Пензенского государственного университета № 4 (12), 2015
Рис. 2. Наборы требований 138
Техника, технология, управление
Список литературы
1. Маркина, Я. А. Проблемы метрологического обеспечения измерительных систем / Я. А. Маркина. - URL: http://www.lib.tpu.rU/fulltext/v/Conferences/2012/C2/V3/v3_047.pdf
2. ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Общие положения. - М. : Изд-во стандартов, 2002. - 11 с.
3. ГОСТ 8.009-84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. -М. : Стандартинформ, 2006. - 26 с.
4. Васильев, Д. Р. Проверка программного обеспечения средств измерений при испытаниях в целях утверждения типа (в порядке дискуссии) / Д. Р. Васильев // Законодательная и прикладная метрология. - 2011. - № 2.
5. OIML D 31 Edition 2008 (E) General requirements for software controlled measuring instruments (общие требования к программному обеспечению, контролирующему средства измерений). -URL: http://www.vniims.ru/009lab/docs/welmec_7_1.pdf
6. WELMEC 7.2. Issue 1. Software Guide (Measuring Instruments Directive 2004/22/EC) May 2005 (руководство по программному обеспечению (Директива 2004.22.ЕС на средства измерений)). - URL: http://www.vniims.ru/009lab/docs/D031_e08.pdf
7. MID Software Work Package 2. Methods for Validation and Testing of Software. Revision 29 September 2004. - URL: http://www.welmecwg7.ptb.de/Guides/MID-SW-Report-Validation_
Testing.pdf
8. COOMET R/LM10:2004 Программное обеспечение средства измерений. Общие технические требования. - URL: http://www.coomet.org/RU/doc/r10_2004.pdf
9. МИ 2955-2010 Рекомендация. ГСИ. Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений. - URL: http://www.vniims.ru/download/MI_2955_2010.pdf
10. ГОСТ Р 8.654-2009 ГСИ. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения. - URL: http://www.vniims.ru/download/gost_8_654_2009.pdf
Рулева Елена Вадимовна Ruleva Elena Vadimovna
студентка, student,
Пензенский государственный университет Penza State University
E-mail: shpenka-ruleva@mail.ru
УДК 004.415.535 Рулева, Е. В.
Формирование требований к программному обеспечению средства измерений / Е. В. Рулева // Вестник Пензенского государственного университета. - 2015. - № 4 (12). - C. 134-139.
