Метрологическая экспертиза технической документации. Учебное пособие по дисциплине «Метрология. Стандартизация. Сертификация»
.pdfПрименяемые в одном и том же техническом документе символы, используемые для обозначения величин, должны быть одни и те же.
При проверке правильности наименований и обозначений единиц следует руководствоваться ГОСТ 8.417-2002, МИ 26302000.
3.7. Метрологическая экспертиза отчета о научно-исследовательской работе
Отчет о НИР — научно-технический документ, который содержит систематизированные данные о научноисследовательской работе, описывает состояние научнотехнической проблемы, процесс и (или) результаты научного исследования. Общие требования к структуре и правилам оформления научных и технических отчетов установлены ГОСТ
7.32-2001.
«Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».
Отчет о НИР должен содержать: титульный лист; список исполнителей; реферат; содержание;
нормативные ссылки; определения; обозначения и сокращения; введение; основную часть; заключение;
список использованных источников; приложения.
На метрологическую экспертизу, наряду с отчетом о НИР, должны представляться другие материалы НИР, оформленные самостоятельными документами: ТЗ на НИР; акт метрологической проработки НИР (если он предусмотрен на
71
данном предприятии); промежуточные отчеты по всем ранее выполненным этапам НИР и др. По требованию специалиста, проводящего МЭ5 могут быть представлены и другие материалы.
В общем случае при МЭ отчета о НИР рассматривают разделы, содержащие: обоснование выбранного направления исследования; основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики; методы исследований; методы расчета; результаты теоретических и экспериментальных исследований; обобщение и оценку результатов исследований.
Кроме этого, необходимо обратить внимание и на приложения, в которых могут быть приведены протоколы испытаний, описание аппаратуры и СИ, применяемых при исследовании, и другие положения по метрологическому обеспечению.
МЭ отчета о НИР проводят в следующем порядке. Проверяют соответствие данных об измеряемых
величинах требованиям, приведенным в ТЗ.
Оценивают оптимальность выбора основных величин, подлежащих измерениям при проведении эксперимента.
Анализируют выбор метода и методик измерений. Выявляют возможность использования
унифицированных, автоматизированных СИ, обеспечивающих максимальную производительность измерений при заданной точности.
Контролируют готовность СИ и испытательного оборудования для проведения измерений (СИ должны быть поверены или калиброваны; испытательное оборудование должно быть аттестовано).
Анализируют выбор способа обработки результатов измерений.
Анализируют применяемые средства обработки результатов измерений.
72
Проверяют правильность формы представления результатов измерений.
Проверяют правильность применения терминологии, наименований и обозначений величин и их единиц.
3.8. Метрологическая экспертиза программного обеспечения
3.8.1. Требования к программному обеспечению средств измерений
Метрологическая экспертиза программного обеспечения (ПО) является сравнительно новым и нетрадиционным видом метрологической деятельности. Ее необходимость и актуальность особенно возросли в последнее время в связи с расширяющимися масштабами разработки и использования современных автоматизированных систем коммерческого учета энергетических ресурсов (например, АСКУЭ), важным составным элементом которых являются информационноизмерительные системы (ИИС), состоящие в большинстве случаев из современных автоматизированных средств измерений и программного продукта, обеспечивающего сбор, передачу, обработку, хранение и представление измерительной информации.
Проблема заключается в том, что использование в СИ и ИИС программного обеспечения сопряжено с возможным проявлением ряда рисков, обусловленных как внутренними свойствами ПО, так и внешними причинами. Эти риски должны быть сведены к минимуму. Все это приводит к необходимости проведения независимой, в том числе метрологической экспертизы используемого ПО. В дальнейшем под программным обеспечением будет пониматься программное обеспечение средств измерений и информационноизмерительных систем.
73
Экспертиза ПО средств измерений является добровольной процедурой. Тем не менее такая экспертиза позволяет повысить надежность функционирования СИ и измерительных систем, свести к минимуму риски, связанные с использованием ПО и в конечном итоге способствует оптимизации затрат на эксплуатационные расходы, связанные с обеспечением бесперебойного и надежного функционирования технического и технологического оборудования.
Основная цель этой части пособия состоит в ознакомлении работников метрологических служб и специалистов, на которых возложено проведение МЭ, как с имеющимися на настоящий момент наработками в этой области, так и с некоторыми рекомендациями по МЭ программных продуктов, которые используются в автоматизированных СИ и в ИИС.
Поскольку основные вопросы, связанные с анализом рисков, методов и средств оценки качества ПО средств измерений, а также с особенностями проведения его МЭ, детально рассмотрены в учебных пособиях [9.1] и [9.2], в этой части данного пособия ограничимся только рассмотрением требований, предъявляемых к программному обеспечению СИ и ИИС, основных задач и методов его метрологической экспертизы.
Необходимость проведения МЭ программного обеспечения СИ обусловлена целым рядом причин, нов первую очередь следует выделить то, что оно должно удовлетворять определенным требованиям. Эти требования, в самых общих чертах, сводятся к следующему:
использование ПО в СИ не должно оказывать влияния как на измерительную информацию, так и на метрологические характеристики СИ или это воздействие должно быть минимальным и оцениваемым;
74
программное обеспечение СИ должно быть защищено от преднамеренных и случайных изменений программного кода, измерительной информации, параметров, определяющих тип СИ, конструктивных и других параметров, внесенных в ПО;
программное обеспечение, используемое в индивидуальных СИ данного типа, должно находиться в соответствии с тем, которое было установлено (зафиксировано) при утверждении типа СИ;
продолжительность и усилия, необходимые для аттестации (тестирования) ПО при утверждении типа СИ должны быть того же порядка, что и усилия, затрачиваемые при таких испытаниях самих СИ.
3.8.2. Основные задачи метрологической аттестации программного обеспечения средств измерений
При проведении МЭ программного обеспечения необходимо решать следующие основные задачи:
Контроль правильности представления и изложения функций и структуры ПО СИ в программной документации, полноты и правильности оформления самой программной документации.
Анализ и оценка решений, заложенных в разрабатываемое ПО, обеспечивающих необходимые требования, предъявляемые к ПО СИ.
Определение возможных видов и источников погрешностей ПО, представляемого на экспертизу.
Оценивание правильности представления результатов измерений.
Оценивание степени и методов защиты измерительной информации от непреднамеренных и преднамеренных изменений, методов и надежности идентификации ПО.
Контроль правильности применения терминов, определений, наименований величин и их единиц.
75
Отметим некоторые из проблем, которые необходимо решить в процессе экспертизы:
выделение той части ПО, которая должна подлежать
МЭ;
оценка необходимости и достаточности заложенных в документацию требований, предъявляемых к разрабатываемому ПО СИ;
анализ постановки измерительной задачи, решаемой ПО, и правильность ее реализации предлагаемыми алгоритмами;
правильность определения точностных характеристик цифровых преобразований, определения и учета погрешностей, вносимых программно-аппаратными средствами при съеме, обработке и передаче измерительной информации;
обоснованность выбора конкретных значений и диапазона изменения «эталонных» данных и моделей исходных данных;
обоснованность и правильность назначения тестовых и калибровочных процедур, необходимых для контроля правильности функционирования используемых алгоритмов и ПО в целом;
обоснованность и правильность выбора источников измерительной информации;
обоснованность и правильность программного обеспечения сбора, передачи, хранения, накопления и представления измерительной информации для ее обработки с требуемой точностью и достоверностью, документирования результатов обработки и их представления пользователю и т.д.
Некоторые из перечисленных задач требуют пояснения. Наибольшие сложности вызывает оценка точностных
характеристик ПО.
Наличие в распоряжении специалистов, проводящих МЭ, «эталонного» ПО позволяет ввести в рассмотрение такую количественную характеристику программного продукта, как его относительная погрешность 5(х) в процентах, определяемая соотношением
76
где (ref ) — результаты вычислений «эталонным» ПО при y
некоторых исходных данных (как правило, «эталонных»);
y (test) — результаты вычислений тестируемым ПО при тех же исходных данных.
Следует обратить внимание на то, что тестируемое ПО сравнивается с «эталонным», которое, по определению, не оказывает никакого влияния на метрологические характеристики автоматизированного СИ. Если и тестируемое ПО обладает такой же вычислительной точностью, то можно утверждать, что и оно не будет оказывать влияния на метрологические характеристики СИ или же такое влияние будет минимальным и может быть количественно оценено. Более того, если вычислительные возможности «эталонного» и тестируемого программных продуктов совпадают, то относительная погрешность тестируемого ПО может оказаться равной нулю, чего не может быть никогда со средствами измерений.
3.8.3. Рекомендуемый порядок проведения метрологической экспертизы программного обеспечения
Порядок проведения метрологической экспертизы ПО определяется стандартом организации, в котором, как уже отмечалось, должны быть отражены все аспекты организации и порядка проведения МЭ.
Основанием для проведения МЭ ПО является требование технического задания, а также решение разработчика (изготовителя) программного продукта. При этом следует иметь в виду, что проведение МЭ технического задания на разработку СИ с программным обеспечением является обязательным.
77
Организация МЭ ПО возлагается на метрологические службы ведомств и предприятий.
Метрологическая экспертиза ПО СИ в ряде случаев проводится на основании ведомственных документов там, где предъявляются повышенные требования к надежности и достоверности функционирования автоматизированных СИ.
При организации МЭ ПО необходимо установить перечень документов, представляемых на экспертизу, и на каких стадиях жизненного цикла она должна проводиться.
Как правило, на МЭ ПО представляются следующие документы:
техническое задание, содержащее требования к функциональным характеристикам, условиям эксплуатации, к составу и параметрам технических средств и соответствующее требованиям ГОСТ 19.201-78 «ЕСПД. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению»;
программы и методики испытаний (тестирования), содержащие требования к программе, к средствам испытаний, порядку и методам испытаний и соответствующие требованиям ГОСТ 19.301-79 «ЕСПД. Программа и методика испытаний. Требования к содержанию и оформлению»;
пояснительная записка, содержащая описание применяемых математических методов, допущений и ограничений, связанных с выбранным математическим аппаратом, алгоритма решения поставленной измерительной задачи и его обоснования и соответствующая требованиям ГОСТ 19.404-79 «ЕСПД. Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению»;
технические условия, содержащие требования к разработке, контролю и приемке программы и соответствующие требованиям ГОСТ 19. 101-77 «ЕСПД. Виды программ и программных документов»;
формуляр, включающий сведения об основных характеристиках программной продукции, об их периодическом контроле при эксплуатации и хранении и соответствующий
78
требованиям ГОСТ 19.501-78 «ЕСПД. Формуляр. Требования к содержанию и оформлению»;
руководство системного программиста, содержащее указания по настройке, проверке программы и соответствующее требованиям ГОСТ 19.503-79 «Руководство системного программиста. Требования к содержанию и оформлению»;
руководство программиста, содержащее описание основных характеристик и особенностей программы и указания по применению средств контроля правильности их выполнения и соответствующее требованиям ГОСТ 19.504-79 «ЕСПД. Руководство программиста. Требования к содержанию и оформлению».
Перечень документов по согласованию с заказчиком экспертизы может видоизменяться в сторону как его увеличения, так и уменьшения.
Оценивание требований технического задания
Основным содержанием МЭ технического задания на разработку (проектирование) программного продукта, содержащего исходные данные для такой разработки (проектирования), является проверка необходимости и достаточности исходных требований, заложенных в техническом задании:
для правильного и однозначного нормирования метрологических характеристик разрабатываемых автоматизированных СИ с использованием программного продукта на этапе его разработки (проектирования);
для разработки эффективных способов контроля ПО на последующих этапах его жизненного цикла.
К исходным требованиям на ПО можно также отнести: назначение ПО и сведения об его использовании в СИ,
попадающих (или не попадающих) в сферу распространения государственного метрологического контроля и надзора;
сведения об измеряемых величинах и их характеристиках (диапазоне значений, возможных изменениях в процессе измерения и т.п.);
79
перечень возможных источников погрешностей измерений и нормы этих погрешностей;
условия измерений (с учетом различных аппаратных и системных программных средств).
Метрологическая экспертиза технического задания должна обеспечить полноту, качество и своевременность проведения работ по метрологическому контролю ПО, предусмотренных этим заданием.
Проверка комплектности документации, поступившей на МЭ
При проверке комплектности рекомендуется:
−определить состав передаточных документов,
подтверждающих факт передачи документации на экспертизу (акта передачи, ведомости эксплуатационных документов и т.п.);
−установить наличие патентов, лицензий,
заявлений-деклараций о безопасности продукции или услуг, сертификатов на составные части продукции и т.п.
Проверка полноты программной документации также включает в себя:
проведение экспертного анализа достаточности комплекта документации;
проведение экспертного анализа структуры и полноты содержания документа по ГОСТ -19.101—77.
Определение источников и видов погрешностей программного обеспечения
Как известно, в зависимости от назначения ПО может быть автономным, встроенным, быть частью измерительной системы, всевозможных контроллеров и т.п. По этой причине процедуры оценивания источников и видов погрешностей при метрологической экспертизе ПО могут различаться. Методически достаточно полно вопросы оценки качества автономного ПО изложены в МИ 2174-91 и МИ 2955-2005. Существуют определенные проблемы с оценкой качества встроенного ПО. Тем не менее в большинстве случаев они могут
80