Лекции о надёжности, страница 4

Эмпирические модели в основном базируются на структурном анализе особенностей программы или программного обеспечения в целом. Они часто не дают конкретных значений параметров надеж­ности программы. Однако их использование считается полезным на этапе проектирования программ для прогнозирования ресурсов тес­тирования и т. д.

Модель сложности. В литературе неоднократно подчеркивается тес­ная взаимосвязь между сложностью и надежностью ПО. Если придер­живаться упрощенного понимания сложности ПО, то она может быть описана такими характеристиками, как размер ПО (количество про­граммных модулей), количество и сложность межмодульных интер­фейсов и т. д.

Под программным модулем в данном случае понимается программ­ная единица, выполняющая определенную функцию (ввод, вывод, вычисление и т. д.) и взаимосвязанная с другими модулями ПО. Слож­ность модуля ПО может быть описана, если рассматривать структуру программы как последовательность узлов, дуг и петель в виде направ­ленного графа.

Некоторые базовые понятия для определения характеристик сложности даны в табл. 1.2.

В качестве структурных характеристик модуля ПО или програм­мы используются:

• отношение действительного числа дуг к максимально возможно­му, получаемому искусственным соединением каждого узла с любым другим узлом дугой;

• отношение числа узлов к числу дуг;

• отношение числа петель к общему числу дуг.

Для сложных модулей и больших многомодульных программ со­ставляется имитационная модель, программа которой «засоряется» ошибками и тестируется по случайным входам. Оценка надежности осуществляется по модели Миллса.

При проведении тестирования известна структура программы, имитирующей действия основной, но не известен конкретный путь, который будет выполняться при вводе входных тестовых данных. Кроме того, выбор очередного тестового набора из множества тест-входов случаен, т. е. в процессе тестирования не обосновывается вы­бор очередных входных тестовых данных. Это характерно для реаль­ных условий тестирования больших программ.

После анализа полученных данных проводится расчет показате­лей надежности с помощью модели Миллса (или любой другой из описанных выше) и считается, что реальное ПО, выполняющее ана­логичные функции, с подобными характеристиками и в реальных условиях должно вести себя аналогичным или похожим образом.

Преимущества оценки показателей надежности по имитационной модели, создаваемой на основе анализа структуры будущего реально­го ПО, заключаются в том, что модель позволяет уже на этапе проек­тирования ПО принимать рациональные проектные решения, опи­раясь на характеристики ошибок, оцениваемые с помощью имитаци­онной модели. Имитационная модель позволяет прогнозировать тре­буемые ресурсы тестирования, определять меру сложности программ и предсказывать возможное число ошибок.

К недостаткам можно отнести необходимость дополнительных затрат на составление имитационной модели и приблизительный характер получаемых показателей.

Основываясь на описанной процедуре оценки результатов тести­рования, требуемого для доводки ПО, можно построить две различ­ные стратегии корректировки ошибок:

• фиксировать все ошибки в одном выбранном модуле и устранять все побочные эффекты, вызванные изменениями этого модуля, от­рабатывая таким образом последовательно все модули;

• фиксировать все ошибки нулевого порядка в каждом модуле, за­тем все ошибки первого порядка и т. д.

Исследование этих стратегий доказывает, что время корректиров­ки ошибок на каждом шаге тестирования определяется максималь­ным числом изменений, вносимых в ПО на этом шаге, а общее вре­мя — суммой максимальных времен на каждом шаге.

Это подтверждает известный факт, что тестирование обычно яв­ляется последовательным процессом и обладает значительными воз­можностями для параллельного исправления ошибок, хотя и приво­дит к повышению затрачиваемых на него ресурсов.

Для количественной оценки надежности можно воспользоваться одной из рассмотренных ранее моделей (например, La Padula).

Пример графика изменения надежности программного продукта при устранении выявленных в процессе тестирования ошибок при­веден на рис. 1.10.

I

Рис. 1.10. Изменения надежности программного продукта

Из графика видно, что с повышением числа тестовых прогонов прогнозируемое значение надежности приближается к единице.

Помимо рассмотренных моделей существует множество других моделей, методов и подходов к оценке и повышению надежности программного и информационного обеспечения. Например, извест­ны модели переходных вероятностей, модель Вейса и т. п. И это ес­тественно, поскольку разработка надежного программного обеспе­чения — проблема актуальная не только для АСОИУ, но и для других программных изделий.

В процессе эргономического обследования выявляется соответ­ствие частных характеристик отдельных элементов системы эргоно­мическим требованиям, например эргономических характеристик рабочих мест (формы и размеры пультов, их зоны видимости и зоны досягаемости, типы элементов визуализации информации и органов управления и их размещение, рабочая поза оператора и т. д.), харак­теристик условий работы человека-оператора (микроклимат, уровень шумов, вибрации, загазованность, СВЧ-излучения и т. д.), характери­стик используемых технических средств программного и информа­ционного обеспечения, режимов освещенности и т. п.

Эргономические испытания или исследования подразделяют на лабораторные (изучение отдельных фрагментов деятельности опе­ратора, например ввод числовой информации на цифровой клавиа­туре, восприятие символьной или графической информации на эк­ране дисплея и др.), полунатурные (исследуются модели системы, что позволяет изучать взаимодействие оператора и технической части АСОИУ), натурные (опытный образец системы функционирует в реальных условиях, что, как правило, сложно организовать и сопря­жено с большими финансовыми затратами).

По результатам исследования и проведенного обследования в со­ответствии с частными показателями складывается первое впечатле­ние об условиях труда операторов, которое используется для уточне­ния задач эргономической экспертизы данного образца системы.

Наиболее ответственным периодом проведения экспертизы счи­тают этапы эргономического анализа и эргономических испытаний АСОИУ, когда оцениваются условия труда операторов как с точки зрения выполнимости общих эргономических требований, так и с точки зрения напряженности деятельности.

Желательно, чтобы оценки носили не только качественный, но и количественный характер. Если эксперты не располагают данными для расчета выбранных показателей, проводят специальные эргоно­мические испытания. К ним прибегают также и в тех случаях, когда возникает потребность экспериментального подтверждения резуль­татов, полученных аналитическим путем.

Эргономические испытания могут проводиться отдельно или в процессе общих испытаний макетных, экспериментальных и опыт­ных образцов разрабатываемой автоматизированной системы.

Заключительным этапом экспертизы является эргономическая аттестация АСОИУ, включающая комплексную оценку эргономично-сти системы в соответствии со значениями отдельных показателей, полученными на предыдущих этапах, а также оценку экономической целесообразности и технической реализуемости разработанных ре­комендаций по устранению обнаруженных недостатков.

При эргономической экспертизе количественные значения эрго­номических показателей могут быть получены как с помощью теоре­тических расчетов, так и в результате испытаний элементов, компо­нентов и всей системы в целом.

Теоретические расчеты значений эргономических показателей обычно применяются на ранних стадиях разработки системы, когда нет физической возможности поставить экспериментальные иссле-

дования или испытания макетов, образцов элементов, компонентов либо системы в целом.

Анализируя соответствие сформулированных требований инже­нерно-психологическим возможностям человека, можно рассчитать ожидаемые значения точностных, временных и надежностных харак­теристик деятельности человека-оператора и сделать вывод о допус­тимости того или иного действия или алгоритма в целом.

Рассмотрим несколько примеров теоретических расчетов значе­ний эргономических показателей.

Эргономическая оценка влияния содержания и сложности алгоритма деятельности оператора. Влияние содержания конкретного алгорит­ма на качество деятельности оператора оценивается сравнением требований, предъявляемых алгоритмом к человеку, с возможнос­тями последнего. Для этого исследуемый алгоритм записывают в виде совокупности отдельных действий и операций с указанием тре­буемой точности и необходимых временных и энергетических зат­рат для выполнения каждого компонента алгоритма. Такое описа­ние дополняется сведениями о напряженности деятельности чело­века-оператора.

Для оценки влияния сложности алгоритма на качество деятель­ности оператора необходимо, в первую очередь, получить количе­ственные характеристики. Один из вариантов количественной оцен­ки алгоритма включает оценку показателей суммарной динамической интенсивности, логической сложности и стереотипности.

Суммарная динамическая интенсивность охарактеризует количе­ство действий алгоритма, выполняемое оператором в единицу вре­мени. Знание суммарной динамической интенсивности позволяет оп­ределить среднее время реализации алгоритма τ:

где N- число действий алгоритма.

Динамическая интенсивность определяет темп работы, от кото­рого во многом зависит точность деятельности оператора.

где χ.—число логических условий в i-й группе (i= 1,2, 3, ..., q); Р_i—часто­та ί-й группы.

Показатель логической сложности R зависит от количества одновре­менно учитываемых оператором логических условий:

Логическая сложность алгоритма деятельности существенно вли­яет на показатели времени и надежность работы оператора.

Показатель стереотипности ζ определяется взаимосвязью простых исполнительных действий в алгоритме:

где χ.—число простых действий в i-й группе (i=1, 2, 3, ...,f); P_i—часто­та i-й группы.

Стереотипность следует понимать как однозначно детерминиро­ванную последовательность реакций на сигнал. Чем больше в алго­ритме групп, включающих непрерывную последовательность элемен­тов, и чем длиннее эта последовательность, тем более выражен сте­реотипный компонент в работе оператора.

После качественного анализа выполняемости всех операций ал­горитма можно произвести количественную оценку показателей ка­чества деятельности человека-оператора на конкретном рабочем месте. В первую очередь оценивается безошибочность и своевремен­ность выполнения каждой операции и алгоритма в целом.

При проведении эргономического анализа рабочих мест операто­ров оптимальность того или иного варианта размещения элементов индикации и органов управления оценивается по величине временных затрат оператора на их поиск в процессе основной деятельности.