Проектирование средств обеспечения надежности

Для повышения надежности работы системы управления и минимизации влияния на ее работу множества случайных воздействий внешней среды (ошибок пользователей, сбоев и отказов аппаратуры, искажений информации в каналах связи, изменений конфигурации системы, ошибок ПО и т.д.) на основании приведенной выше (глава 2) классификации методов проектирования надежного ПО разработаны дополнительные средства обеспечения надежности системы управления [106, 110, 119, 120].

Предупреждение ошибок – лучший путь повышения надёжности программного обеспечения. Для его реализации была разработана методология проектирования систем управления предприятиями для зерноперерабатывающих предприятий, базирующаяся на спиральной модели жизненного цикла ПО. Методология предусматривает последовательное понижение сложности на всех этапах анализа и проектирования системы управления. Методология базируется на методах структурно-функционального анализа (SADT), диаграммах потоков данных (DFD), диаграммах “сущность-связь” (ERD) и подробно описана в главе 2.

На основании методов обнаружения ошибок были разработаны следующие средства повышения надёжности ПО. В АИС КХП используются следующие средства обеспечения надёжности, базирующиеся на временной избыточности:

· средства авторизации доступа пользователей к системе осуществляют идентификацию пользователя при входе в систему по имени и паролю или электронному ключу, а также обеспечивают протоколирование действий пользователя в сетевом и локальном протоколах;

· средства анализа доступных пользователю ресурсов перед началом сеанса работы проверяют объемы доступной оперативной и дисковой памяти, и в случае их недостаточности предупреждают пользователей о возможных ошибках;

· средства выделения ресурсов согласно ролям пользователей обеспечивают конфигурирование и сопровождение автоматизированных рабочих мест пользователей в соответствии с их функциональными обязанностями;

· средства разграничения прав доступа обеспечивают разрешение/запрет на выполнение пользователем отдельных задачам и функций управления, а также на просмотр/редакцию пользователем отдельных типов документов, кроме того, каждый реквизит обрабатываемых данных имеет статус «доступно/только чтение/ недоступно», с помощью которого администратор системы может управлять правами доступа пользователей к отдельным полям баз данных.

Рассмотрим средства обеспечения надёжности АИС КХП, использующие информационную избыточность:

· ссылочная целостность баз данных обеспечивается за счёт системы внутренних уникальных ключей для всех информационных записей системы;

· открытая система кодирования позволяет пользователю в любой момент изменять коды любых объектов классификации и обеспечивает стыковку системы классификации АИС КХП с ПО других разработчиков;

· механизмы проверки значений контрольных сумм записей системы, обеспечивают выявление всех несанкционированных модификаций (ошибок, сбоев) информации;

· средства регистрации обеспечивают хранение информации о пользователе и времени последней модификации (ввода, редактирования, удаления) и утверждения каждой записи информационной системы, что позволяет установить авторство в конфликтных ситуациях;

· введение в структуры баз данных системы времени начала и окончания участия записи в расчётах позволяет ограничить объём обрабатываемой информации на любом заданном периоде, а также обеспечить механизмы блокировки информации для закрытых рабочих периодов;

· ведение служебных полей номеров версий баз данных и операционных признаков записей позволяет контролировать и предупреждать пользователей о конфликтах в случае несоответствия номеров версий модулей и структур баз, либо о нарушении технологических этапов обработки информации;

· средства автоматического резервного копирования и восстановления данных (в начале, конце сеанса работы или по запросу пользователей) обеспечивают создание на рабочей станции клиента актуальной копии сетевой базы данных, которая может быть использована в случае аварийного сбоя аппаратуры локальной вычислительной сети и перехода на локальный режим работы и обратно.

Средства обеспечения надёжности АИС КХП, использующие программную избыточность, обеспечивают:

· распределение реализации одноименных функций по разным модулям АИС КХП с использованием разных алгоритмов и системы накладываемых ограничений и возможностью сравнения полученных результатов;

· средства адаптации к уровню подготовки реализуют для пользователей несколько вариантов интерфейсов разной степени сложности при выполнении стандартных функций, например, для выбора группы данных пользователь может воспользоваться либо простым фильтром, позволяющим анализировать значение одного реквизита, либо сложным фильтром, позволяющим анализировать значения группы реквизитов, либо использовать построитель запросов, позволяющий строить логические выражения любой степени сложности;

· специальные алгоритмы пересчётов обеспечивают в ручном и автоматическом режимах переформирование групп документов, цепочек порождаемых документов и бухгалтерских проводок, что повышает эффективность и надёжность обработки информации;

· средства обнаружения и регистрации ошибок фиксируют их в сетевом и локальном протоколах;

· в программные модули системы встроены средства протоколирования процессов сложных расчётов с выдачей подробной диагностики ошибок;

· средства отладки и трассировки алгоритмов пользовательских бизнес-функций.

Следующие средства АИС КХП, обеспечивают устойчивость к ошибкам:

· средства динамического изменения конфигурации осуществляют контроль доступа к сетевым ресурсам, а в случае их недоступности или конфликта между устройствами обеспечивают автоматический запуск системы по альтернативным путям доступа;

· процедуры обработки сбоев обеспечивают в автоматическом режиме несколько попыток повторного выполнения операций прежде, чем выдать пользователю сообщение об ошибке (например, для операций раздельного доступа к ресурсам, операций блокировки информации или обращения к внешним устройствам);

· процедура обработки ошибок предупреждает пользователя о возникновении конфликтной ситуации и предлагает на усмотрение пользователя либо игнорировать ошибку и продолжить работу с непредсказуемым результатом, либо завершить работу с системой;

· средства контроля действий пользователей обеспечивают проверку вводимых пользователями данных по типу, длине, диапазону возможных значений, соответствию шаблону, наличию в классификаторе, анализируют корректность дат и периодов, «скрывают» недоступные для выполнения в текущий момент режимы, поддерживают заданную пользователем стратегию обновления данных: «автосохранение», «автооткат» или «запрос на сохранение», регистрируют «авторство» пользователя, «физический» номер ПЭВМ, дату и время для всех модификаций данных в системе и т.д.;

· средства анализа корректности данных проверяют контрольные суммы записей, в случае их несовпадения информируют пользователя и предлагают либо продолжить работу с некорректными данными, либо завершить работу, при загрузке программ проверяются номера версий модулей и структур баз данных, в случае их несоответствия модули аварийно завершают свою работу, информируя пользователей об обнаруженных ошибках;

· средства контроля и обслуживания данных обеспечивают восстановление заголовков баз данных, восстановление индексных файлов, конвертацию (преобразование) модифицированных структур баз данных;

· средства слияния, копирования, архивирования и восстановления данных.

Ошибки в программах и данных могут проявиться на любой стадии тестирования, а также в период эксплуатации системы. Зарегистрированные и обработанные сведения об ошибках должны использоваться для выявления отклонений от требований заказчика или технического задания. Для решения этой задачи используются: система конфигурационного управления версиями программных компонент; база данных документирования тестов; база данных результатов тестирования; база данных выполненных корректировок программ.

Средства накопления сообщений об отказах, ошибках, предложениях на изменения, выполненных корректировках и характеристиках версий являются основной для управления развитием и сопровождением комплекса ПО системы управления предприятиями и состоят из журналов: предлагаемых изменений; обнаруженных дефектов; утвержденных корректировок; реализованных изменений; пользовательских версий.

Использование рассмотренных методов и средств обеспечения надёжности при разработке, эксплуатации и сопровождении автоматизированной информационной системы комбината хлебопродуктов обеспечило высокий уровень надёжности, необходимый для одновременной работы десятков пользователей производственной системы управления в реальном масштабе времени.

Заключение

На основании обследования предприятий отрасли хлебопродуктов определены структура, основные функции и отраслевые особенности типового объекта автоматизации – комбината хлебопродуктов. По результатам интервьюирования и экспертного опроса специалистов разработано описание типового объекта и сформулированы общие требования пользователей к системе управления предприятием. На основании анализа требований пользователей, методов проектирования программных систем и параметров систем управления других разработчиков разработана концепция системы – сформулированы общие принципы проектированиясистемы управления для зерноперерабатывающих предприятий.

На основании синтеза структуры и функций типового объекта, требований пользователей и принципов проектирования разработана обобщеннаяфункциональная модель системыуправления для класса типовых объектов. На основании анализа функциональной модели системы, описания типового объекта и требований пользователей разработана типоваямодель потоков данных, которая описывает процессы обработки данных от их ввода в систему до передачи конечным пользователям.

Проведена классификация основных понятий предметной области, объектов учёта и управления, идентифицированы их параметры для зерноперерабатывающих предприятий. Подсистема классификации описывает многомерное пространство состояний системы управления типового объекта. На основании синтеза типовой модели потоков данных объекта и подсистемы классификации разработана универсальная информационная модельсистемы управления для объектов данного класса. Она объединяет модели материальных, финансовых и управляющих потоков и состояний объекта, описывающих динамику и статику структурных элементов объекта автоматизации.

На основании разработанных модели потоков данных и информационной модели системы осуществлен синтез архитектуры ПО и разработано программное обеспечение автоматизированной системы управления для зерноперерабатывающих предприятий.

Для повышения надежности работы системы управления и минимизации влияния на ее работу множества случайных воздействий внешней среды на основании проведенной классификации методов проектирования надежного ПО разработаны дополнительные средства обеспечения надежности системы управления.