Как известно, разрабатываемые и эксплуатирующиеся в настоящее время средства измерений имеют в своем составе программное обеспечение, выполняющее функции приема, обработки, хранения и визуализации данных, полученных при измерениях. Роль, сложность и функциональность программного обеспечения средств измерений растет год от года, поэтому оставлять программное обеспечение, входящее в состав средств измерений, за рамками их испытаний с целью утверждения типа, по всей видимости, неправильно. Ряд международных рекомендаций (например, Руководство WELMEC 7.1. Требования к программному обеспечению на основе директивы по измерительным приборам [1]) и отечественных нормативных документов (ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Общие положения [2] и др.) подтверждают это.
В Руководстве WELMEC 7.1 [1], в частности, говорится о том, что в настоящее время совершенно недостаточно нормировать только метрологические характеристики средства измерения без должного внимания к ПО, так как для большинства приборов, управляемых микропроцессорами, или на базе ПК программное обеспечение и его целостность являются существенными факторами, определяющими метрологические свойства и надежность этих приборов.
Программное обеспечение (ПО) средств измерений обладает определенными особенностями, отличающими его от ПО, применяемого для других целей. На основе этих особенностей, а также с учетом ст. 13 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» можно сформулировать требования, специфичные для ПО средств измерений:
- ПО средств измерений не должно оказывать влияния на метрологические характеристики средства измерений;
- ПО средств измерений должно быть защищено от изменений кода, данных, полученных в процессе, а также параметров, зависящих от типа и особенностей средства измерения;
- ПО средств измерений должно соответствовать средству измерения, совместно с которым используется;
- затраты времени и других ресурсов, требующиеся для аттестации (тестирования) ПО средств измерений, должны быть соизмеримы с затратами на испытания самих средств измерения.
В работе [5] дается следующее определение: аттестация ПО средств измерений – это его исследование с целью определения и/или оценки его характеристик и установление их соответствия предъявляемым к ним требованиям с последующей регистрацией полученных результатов исследования в свидетельстве от аттестации или в сертификате соответствия. Аттестации должно подвергаться ПО средств измерений целиком. Аттестовать требуется только ту часть ПО, которая влияет на результаты измерений и на метрологические характеристики средств измерений. Следует отметить, что выделение из ПО средств измерений аттестуемой и неаттестуемой части приводит к определенным удобствам для разработчиков и органов метрологической аттестации по сравнению со случаем, когда такое выделение не проведено.
При метрологической аттестации ПО средств измерений выдвигаются требования пяти видов:
- к документации,
- к структуре,
- по неизменности аттестованного ПО,
- к погрешности,
- к защите.
Глубина перечисленных выше требований зависит от их уровня. Всего, как указано в МИ 2891-2004 [3], различают три уровня требований: низкий, средний, высокий и, соответственно, три уровня жесткости испытаний.
Низкий уровень жесткости характеризуется тем, что функции ПО аттестуются в соответствии с программой аттестации, аналогичной программе обычных испытаний средства измерений с целью утверждения типа.
Средний уровень жесткости состоит в том, что ПО аттестуется на основании описания программных функций, предоставленных разработчиками. Оценивается влияние ПО на результаты измерений, а также программные средства идентификации и защиты.
Высокий уровень жесткости подразумевает в дополнение к перечисленному выше проверку алгоритмов и исходного кода ПО.
В качестве практически применяемых методов аттестации ПО средств измерений предлагается [5] использовать два принципиально различающихся подхода: метод «белого ящика» и «черного ящика».
Метод «белого ящика» основан на детальной проверке исходного кода (высокий уровень жесткости испытаний), подробном исследовании программных функций и используется при испытаниях очень сложных измерительных систем.
На практике чаще применяется метод «черного ящика» [4], который характеризуется относительной простотой, дешевизной и достаточной для достижения результата глубиной тестирования. В ряде случаев удобнее использовать одну из разновидностей метода «черного ящика» - сопоставление результатов тестирования программного обеспечения с результатами, полученными с помощью так называемого эталонного программного обеспечения. Под эталонным ПО согласно [3] понимается программное обеспечение, отвечающее наивысшим требованиям к его точностным и функциональным характеристикам, подтвержденным при его неоднократном тестировании и использовании. При наличии эталонного ПО проблема метрологической аттестации ПО средства измерений решается практически полностью.
Есть еще один подход – использование так называемых эталонных пар – эталонных данных и результатов [6] для осуществления тестирования ПО методом «черного ящика». Суть подхода состоит в том, что результаты, полученные тестируемым ПО при воздействии на него эталонных данных, сравниваются с модельными результатами по ряду количественных характеристик ПО, на основании чего делаются окончательные заключения о свойствах тестируемого ПО.
Эталонные пары могут быть получены двумя способами:- Эталонными данными воздействуют на эталонное ПО, в результате получают соответствующие эталонные результаты.
- Эталонными результатами воздействуют на специальную программу-генератор данных, чтобы получить соответствующий набор эталонных данных.
Программное обеспечение вагонных весов ВД-30 для взвешивания в движении представляет собой специализированный, достаточно сложный и уникальный продукт, обладающий рядом функциональных возможностей, отличающих его от аналогичного по назначению программного обеспечения вагонных весов других производителей. В настоящее время ПО не аттестуется отдельно, а проходит метрологическую аттестацию в составе средства измерения – вагонных весов ВД-30.
Программное обеспечение вагонных весов ВД-30 функционально представляет собой тесно взаимодействующую совокупность трех основных компонентов (см. рис. 1):
- модуль интерфейса с аппаратной частью весов;
- вычислительный модуль для идентификации подвижного состава и расчета веса вагона и его частей;
- модуль интерфейса оператора весов.
Тестирование вычислительного модуля ПО вагонных весов должно проводится как по отдельности, так и во взаимодействии с модулем интерфейса оператора весов (рис. 3). В первом случае в качестве результата работы вычислительного модуля выступают файлы результатов,
которые сопоставляются с соответствующими файлами, полученными с помощью эталонного ПО. При включении в схему метрологической аттестации модуля интерфейса оператора весов сравнению подлежат отображаемые указанным модулем данные и выходная информация, присутствующая в файлах результатов эталонного ПО.
Для проведения метрологической аттестации вычислительного модуля ПО вагонных весов необходимо располагать эталонными данными, учитывающими все алгоритмические особенности, заложенные в аттестуемое ПО. Другими словами, наборы эталонных данных для аттестации вычислительного модуля должны обеспечить варьирование воздействия на тестируемое ПО по следующим параметрам:
- типы локомотивов (по числу осей и межосевым расстояниям);
- модели и род вагонов (по числу осей и межосевым расстояниям);
- число и положение локомотивов в составе;
- число вагонов в составе;
- скорость и направление движения вагонов и локомотивов;
- характер движения вагонов и локомотивов (ускорение, замедление);
- тип груза, которым загружены вагона (сыпучий, жидкий);
- характер загрузки вагонов по тележкам и по бортам.
Наборами эталонных данных, удовлетворяющими перечисленным требованиям, ООО «Авитек-Плюс» располагает и может в любой момент предоставить контролирующим органам для проведения метрологической аттестации ПО вагонных весов ВД-30. Эталонным ПО по опыту, накопленному ООО «Авитек-Плюс», могут быть такие широко известные универсальные программные продукты как Microsoft Excel, Mathcad и Matlab. Также в качестве эталонного ПО может быть использована упрощенная версия вычислительного модуля ПО вагонных весов с необходимыми интерфейсами, неоднократно проверенная и протестированная.
Выводы- На основе предлагаемых нормативными документами положений сформулирован подход к метрологической аттестации компонентов программного обеспечения вагонных весов ВД-30.
- Метрологическая аттестация программного обеспечения вагонных весов ВД-30 может быть проведена покомпонентно методом «черного ящика» с использованием эталонных пар (данных и результатов) и с привлечением эталонного ПО.
- ООО «Авитек-Плюс» располагает наборами эталонных данных, охватывающими все многообразие воздействий на вычислительный модуль ПО и необходимыми для проведения метрологической аттестации программного обеспечения вагонных весов ВД-30.
1. Руководство WELMEC 7.1. Требования к программному обеспечению на основе дирек-
тивы по измерительным приборам.
2. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Общие
положения.
3. МИ 2891-2004 ГСИ Общие требования к программному обеспечению средств измере-
ний.
4. МИ 2174-91 ГСИ. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при измерени-
ях. Основные положения.
5. Кудеяров Ю.А. Аттестация программного обеспечения средств измерений. Учебное по-
собие. – М.: ФГУП «ВНИИМС», 2006.
6. H.R. Cook, M.G. Cox, M.P. Dainton, P.M. Harris. Testing Spreadsheets and Other Packages
Used in Metrology. A Case Study. Report to National Measurement System Policy Unit. September
1999.
Ямпольский Дмитрий Анатольевич
канд. техн. наук, директор по научной работе, dyamp@yandex.ru