Стратегии управления надежностью программного обеспечения систем ЧПУ

УДК 621.873

О.А. Ямникова, П.В. Губарев

СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ ЧПУ

Рассмотрены методы повышения надежности программного обеспечения микропроцессорных систем ЧПУ металлообрабатывающими станками. Предлагаются критерия их применимости в условиях экспллатационной стадии жизненного цикла СЧПУ.

Основным направлением обеспечения требуемого уровня качества производственного процесса на машиностроительных предприятия является всесторонняя автоматизация технологических процессов. В условия конкурентной борьбы наблюдается массовое обновление парка металлообрабатывающих станков и увеличение доли оборудования, управляемого микропроцессорными системами ЧПУ. В таком оборудовании всевозрастающа роль отводится программному обеспечению (ПО), которое выполняет множество раличных расчетных и интерфейсных функций, а также решает задачи управления элементами системы.

Для обеспечения приемлемого уровня надежности программных комплексов микропроцессорных систем ЧПУ применяются следующие основные стратегии: программное резервирование, аппаратное резервирование, диагностика целостности и корректности функционирования, имитационное моделирование, обеспечение “прозрачности” защиты для легаьного 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 копя может быть создана для отдельной структурной части ПО, для всего программного комплекса или для всего содержимого носителя информации.

Применимым к значительной части парка станков с микропроцессорными системами ЧПУ методом является резервирование состояния программного комплекса в окрестности точки экстремаьной приработки системы, когда тонка параметрическа наадка завершена. Необходимо заметить, что резервирование желательно провести также и в точке начала эксплуатации, по окончании пуско-наладочных работ и тестирования эффективности пилотного технологического процесса.

Применение такого метода обычно связано с временной неработоспособностью оборудования, так что время создания обраа 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 ряде ком-

плексов ПО станков с микропроцессорными системами ЧПУ на предприятии ОАО “Тульский оружейный завод” удалось добиться троекратного сокращения времени восстановления оборудования после откаа.

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 копии обязательно;

2) наработка на отказ - если среднее время между откаами ПО становится недопустимо мао для нормаьного функционирования станка, то принимается решение о восстановлении с использованием резервной копи;

3) удельные потери при простое - анаогично 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 целесооб-рано 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 эмерджентности, когда последующее поэлементное восстановление становиге я неэффективным, необходимо вернуть систему в одно из ранее зафиксированных рабочих состояний.

На основании вышескаанного становится очевидным, что для уникальных сложных станков, наличествующих на предприятии в одном экземпляре или обладающих высоким коэффициентом загрузки, целесооб-рано иметь запасной физический носитель информации (например, жесткий диск) с предустановленным, готовым к работе программным комплексом для минимизации времени простоя при восстановлении. Например, таким оборудованием является ковочна машина БКК-10 с микропроцессорной системой ЧПУ Баписбі. Дополнительным условием применимости такого метода является необходимость учета критичности откаа. Если прогнозируемое время восстановления после откаа без демонтажа системы управления меньше времени замены жесткого диска (с учетом времени на синхронизацию работы специаистов отдела главного механика и цеховых служб оно примерно равно 4 часам), то ПО восстанавливается на текущем носителе без его замены. Также следует учитывать время на подготовку предустановленной копии к работе (а следовательно простой оборудования в период меньшей нагруженности), т.к. на резервном жестком диске программный комплекс должен быть налажен несколько по другому вследствие “привязки” системы защиты от нелегаьного использования ПО, и к параметрам станка и к параметрам носителя.

2. Аппаратное резервирование - ввод в ЧПУ резервных парллель-ных модулей, которые либо постоянно осуществляют дублирование функций основных узлов (например, КАГО-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 структурная приспособленность системы к этому методу. Большинство микропроцессорных ЧПУ в этом плане - закрытые системы и ж эволюция в направлении аппаратного дублирования информации не предусматривается раработчиком.

3. Планова диагностика целостности и корректности функционирования 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 запекаются на выполнение пи каждом включении оборудования. Критерием применимости сторонни средств диагностик является их совместимость с основными модулями системы. Регулярная проверка корректности функционирования ПО в том или ином виде инженером по ПО является обязательной в любом случае.

4. Имитационное моделирование работы станка с целью предупреждения откзов и проверки корректности управляющих программ (УП). Проводится с помощью специальных комплексов обычно с выводом на экран визулизации 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 пи работе на станке. Это позволяет обнаружить и устранить ошибки уже на этапе проектирования обработки, азначи обезопасиь себя от повреждения изготавливаемой детаи, крепежной оснастки или инструмента до начаа работы непосредственно на станке. Такое ПО обычно поставляется опциоильно кк часть программного комплекса управления многокоординатным обрабатывающим центром из-за повышенной сложности его программирования и нладки.

Проведение проверки корректности УП и программного комплекса автоматической логики методами имитационного моделирования 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 обеспечения “прозрачности” системы защиты ПО для легльного пользователя на этапе приемки станка. Во избежание дополнительных потерь от простоя оборудования при необходимо-

сти переустановки ПО необходимо заранее изучить механизм получения регистрационных кодов от производителя. Изучение системы защиты ПО, если така система вообще включена в программный комплекс ЧПУ, эффектно 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 “заражения” компьютерным вирусом или 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 или наладчиком (установка и запуск мультимедиа программ). Если риск откаа ПО по этой причине достаточно велик, то целесообрано установить один из распространенных антивирусных программных комплексов. При этом необходимо учитывать, что регулярное обновление антивирусной баы должно производиться вручную, т.к. промышленный компьютер редко имеет доступ к серверу обновлений глобальной сети Интернет. Раработ-чики микропроцессорных систем ЧПУ не снабжают программные комплексы средствами защиты от компьютерных вирусов и вредоносных программ. Критерием применения сторонних средств защиты является уровень их требований к вычислительной мощности в условия необходимости потоковой диспетчеризации систем реального времени

7. Обеспечение непрерывности информационного потока, связывающего разработчика УП, наладчика машины и оператора с технологическим оборудованием. Это подраумевает поддержание в рабочем состоянии интерфейсов манипуляции с данными, обеспечение информационного потока подходящими носителями информации, организацию постоонного резерва памяти ЧПУ для корректировки или внедрения новой УП.

Вышеперечисленные стратегии повышения надежности системы менеджмента ПО МСУ ТО не яв лютея взаимоисключающими, а при их смешанном применении обща эффективность возрастает. Несмотря на это, необходимо заметить, что их внедрение связано с материальными затратами и может рассматриваться как задача страховки от риска больших потерь ценой потерь меньших. К тому же применение этих методов персоналом недостаточной квалификации может вызвать отка ПО СЧПУ.

Построение на предприятии эффективной, нормативно закрепленной системы менеджмента надежности ПО микропроцессорных СЧПУ с применением перечисленных стратегий позволяет значительно повысить качество производственного процесса с применением современного оборудования с программным управлением.

Получено 17.07.08.