НАДЕЖНОСТЬ

Цель. Выполнить анализ терминологии надежности применительно к встраиваемым программно-аппаратным системам, разработать методику оценки функциональной надежности компонентов программно-аппаратной встраиваемой микропроцессорной системы управления и провести практическую оценку надежности актуальных на сегодняшний день программно-аппаратных компонент уровня встраиваемого компьютера и микроконтроллера для выбора оптимальной структуры системы управления. В качестве объекта управления используется опытный образец медицинского робота, выполняющего функции удержания хирургических инструментов, ранорасширителей по Фараберу и пр. В состав системы робота входит микропроцессорный блок на распространенном одноплатном компьютере, реализующий высокоуровневые функции управления и распознавания голосовых команд, дополнительный микропроцессорный блок для управления сервоприводами и получения входных сигналов, а также исполнительные модули – приводы.

Методы. В статье применяются методы анализа библиографических источников, выполнен анализ нерецензируемых сборников документов, ранее закрытых иностранных стандартов и публикаций.

Результаты. Представлена методика оценки функциональной надежности компонентов программно-аппаратной встраиваемой микропроцессорной системы управления. Выполнен расчет вероятности безотказной работы программных и аппаратных компонент рассматриваемой системы по статистическим оценкам и по объему кода. Несмотря на различные методы расчета и справочные данные, результаты в целом близки. Также выполнена оценка вероятности безотказной работы программных средств для альтернативной структуры системы управления, когда часть важных функций разделена с дополнительным программно-аппаратным блоком, имеющим более высокий уровень надежности. В данном случае таким блоком является микроконтроллер Atmega32, который будет обеспечивать непосредственное управление работой приводов. Сравнительный анализ результатов показывает, что за счет внедрения дополнительного уровня с частичным распараллеливанием функций и частичным резервированием каналов управления была значительно повышена оценка вероятности безотказной работы системы в заданных условиях. На основании расчетов сформирована структура системы управления с двумя системными уровнями, обладающая высокими значениями вероятности безотказной работы.

Заключение. С учетом тенденции к интеграции максимального числа функций в единую микропроцессорную систему, для повышения функциональной надежности предпочтительной схемой является двухуровневое структурное представление функциональной схемы, при котором ключевые задачи в части непосредственной работы с аппаратным окружением перераспределяются в пользу отдельного аппаратного модуля. Кроме того, в рамках встраиваемых систем такой подход часто позволяет выделить нижний системный уровень, работающий в режиме реального времени и верхний системный уровень, отвечающий за высокоуровневые функции, такие как распознавание речи, передачу данных посредством коммуникационных интерфейсов и реализацию функций искусственного интеллекта. Не до конца решенным является вопрос практической оценки надежности встраиваемого программного обеспечения, особенностью которого является отсутствие виртуализации и уровня аппаратной абстракции и, как следствие, тесная взаимосвязь с аппаратной частью и периферией. Очевидно, что во время испытаний недостаточно многократно повторять соответствующие испытания, а целесообразно формировать тестовые комбинации из внешних аппаратных воздействий (аномалий сигнального уровня) и программных воздействий на периферию микроконтроллера.

Цель. Предложить методологический подход к обеспечению функциональной надежности производства на основе использования SMART-документов в условиях импортонезависимости технологических процессов цифрового формата. Методы. Развитие прикладных возможностей использования теории надежности и методов построения информационных систем определило построение методологических положений алгоритмизации применения SMART-стандартов как средств минимизации функциональных сбоев и отказов в производственных процессах. В качестве инструментов машиноинтерпретируемого представления стандартов рассмотрены цифровые модели технологических линий. Предлагаемая форма нормативных документов ориентирована на переход от машиночитаемых данных к машинопонимаемому контенту. Результаты. Использование предлагаемых методов систематизации контента в стандартизации производственных процессов показывает, что одним из ключевых методологических положений в обеспечении однозначности интерпретации нормативных требований является каталогизация технологических данных на основе стандартизации характеристик процессов обмена информацией в цифровой форме. В специализированных проектах часто используется не полный нормативный документ, а его отдельные положения. В этом случае для машинопонимаемости разрабатываемого контента предлагается использовать специальные идентификаторы, например, «абзац», «графический объект», «ячейка таблицы». Введение таких средств идентификации позволит формировать класс SMART-стандартов, собирающих в единый документ положения по обеспечению штатных результатов при разнородных средствах реализации технологического процесса. Публикации, созданные с помощью интеллектуальной обработки содержания SMART-документов, рассматриваются как контейнеры структурированных и неструктурированных данных, учитывающие условия реализации конкретного проекта. Существующая динамика спроса на современную продукцию часто определяет допустимость ее промышленного выпуска на различных предприятиях с параллельным применением уникальных технологий. Условия такой организации накладывает свои ограничения на сопоставимость разнородных требований к производственным процессам, поэтому представление результатов организационных, конструктивных и технологических решений предлагается унифицировать, используя термин «актив производственной системы». Введение в цифровом формате относительных оценок результатов является эффективным механизмом обеспечения согласованности управления. В этой связи повышается важность единства нормативного обеспечения как базы таких оценок. В качестве одного из решений проблемы минимизации сбоев и отказов в технологических линиях предложено создание ситуационного центра с системой поддержки принятия решений на основе данных комплекса нормативных документов с унифицированными требованиями к активам производственной системы. Опыт формирования нормативного обеспечения индустрии 4.0 дан в обзоре серий стандартов ISА на цифровые производства. Показано, что благодаря введению SMART-стандартов повышается устойчивость взаимодействия между информационными системами, повышается функциональная надежность работы технологических линий. Введение в средства машинопонимаемости контента положений, регламентирующих использование алгоритмов разработки, редактирования и экспертизы проектов нормативных документов, является важным фактором обеспечения функциональной надежности выпуска продукции. Заключение. Изложенный подход ориентирован на методологию разработки стандартов, учитывающих требования из различных предметных областей. В условиях формирования импортонезависимости производства рассмотрены возможности минимизации сбоев и отказов в технологических процессах цифрового формата вследствие использования нормативной базы, неэквивалентной положениям международных документов, и учитывающей специфику отечественных производственных систем.