Создание сценария и контрольных примеров для верификации программного обеспечения программно-технического комплекса (Лабораторная работа № 4)

Лабораторная работа №4

Создание сценария и контрольных примеров для верификации ПО ПТК

Цель работы:

1.  Изучить принципы построения замкнутой математической модели прикладного ПО и объекта управления.

2. Выполнить построение замкнутой математической модели прикладного ПО и объекта управления в среде Simulink пакета MatLab.

3. Экспериментально проверить работоспособность полученной модели.

4. Изучить основы формирования сценариев и контрольных примеров для верификации ПО.

Знания, полученные при выполнении лабораторной работы:

·  освоение принципов создания замкнутой математической модели прикладного ПО и объекта управления;

·  моделирование работы замкнутой математической модели прикладного ПО и объекта управления в среде Simulink пакета инженерного проектирования MatLab;

·  освоение подходов по формированию сценариев и контрольных примеров для верификации ПО.

Ключевые слова:

сценарий верификации, контрольный пример, планирование эксперимента, воспроизводимый эксперимент, стратегическое и тактическое планирование эксперимента, фактор,  уровни факторов, идентификатор фактора, полнота эксперимента, методика эксперимента, статистическая обработка результатов, экспериментальный отчет, полный факторный эксперимент.

Содержание лабораторной работы

1.  Общее описание

В лабораторной работе осуществляется создание сценария с контрольными примерами (КП) для отработки одного из элементов ПО системы контроля защит и блокирвок АСУ ТП реакторного отделения ЭБ АЭС. Контрольные примеры формируются с помощью моделей ПО алгоритма - TKB01704и моделей работы запорно-регулирующей арматуры типа R 209 (см. Лабораторные работы № 2 и № 3).

       Далее рассмотрим теоретические основы, необходимые для определения стратегии верификации и объемов (количества) КП.

2. Методические указания

Планирование эксперимента – это комплексная процедура выбора числа опытов и условия их проведения, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью.

Основная задача планирования экспериментов заключается  в получение всей необходимой информации об объекте при минимальном количестве проверок.

Допустим, что целью эксперимента является изучение влияния переменной Х на переменную К, в этом случае  Х называется фактором, а К – реакцией. Каждый фактор в ходе эксперимента может принимать различные значения, которые называются уровнями.

Каждый фактор может быть управляемым и неуправляемым, наблюдаемым и ненаблюдаемым, количественным и качественным, детерминированным и случайным.

При планировании эксперимента обычно одновременно изменяют несколько факторов. В этом случае большую роль играет понятие независимости, т.е. возможности установлении фактора на любом уровне независимо от уровня других факторов. 

Эксперимент называется воспроизводимым, если разброс результатов опыта контролируется и не превышает заранее заданного значения.

Объект является управляемым, если на нем возможен активный эксперимент. Если экспериментатор не может влиять на ход опыта, находится в роли пассивного наблюдателя, то речь идет о пассивном эксперименте.

Планировать можно только активный эксперимент.

Рассматрим стратегическое и тактическое планирование эксперимента. Цель методов стратегического планирования – получение максимального объема информации об исследуемом объекте в каждом эксперименте, т.е. при каком сочетании уровне внешних и внутренних факторов может быть получена наиболее полная и достоверная информация о поведении объекта исследования.

При стратегическом планировании решаются две основные задачи:

1.  Идентификация факторов.

2.  Выбор уровней факторов.

Под  идентификацией факторов понимают их ранжирование по степени влияния на значение наблюдаемой переменной или показателя эффективности.

Уровни факторов выбирают с учетом двух противоречивых требований:

-  уровни факторов должны перекрывать весь возможный диапазон его изменения;

-  общее количество уровней по всем факторов не должно приводит к чрезмерному объему экспериментов.

Отыскать компромиссное решение, удовлетворяющее этим требованиям, и является задачей стратегического планирования.

Совокупность методов установления необходимого объема испытаний относится к тактическому планированию.

Процесс проведения эксперимента сводится к следующим операциям:

-  определение целей эксперимента с учетом теоретических и практических знаний;

-  теоретическому обоснованию условий эксперимента с точки зрения его полноты;

-  разработки методики эксперимента, представляющих собой совокупность конкретных способов и приемов исследования в соответствии со спецификой объекта;

-  разработке экспериментальных средств исследования (ПО, моделей, стендов, приборов, имитаторов и т.д.);

-  наблюдению и измерению изучаемых характеристик объекта;

-  статистическая обработка результатов эксперимента, получение отчета;

-  анализ результатов эксперимента и их теоретическое обобщение.

В теории планирования эксперимента одним из основных понятий является план эксперимента (сценарий), который представляет собой множество численных значений уровней факторов и условий проведения опыта.

Эксперимент, в котором реализуются все возможные сочетания уровней факторов, называют полным факторным экспериментом.

     Как правило, такие эксперименты используются для проведения отработки ПО ПТК важных для безопасности. В этом случае (используется следующий метод) на вход модели ПТК и ОУ  задают все возможные варианты (переборы) уровней факторов(с учетом их статистического моделирования) и проводят автоматический анализ выходных реакций с точки зрения их изменений. Далее анализу подвергаются варианты уровней факторов, которые приводят к изменению реакций. Выбранные варианты уровней факторов, используются для создания КП при отработке (верификации) ПО ПТК.

3. Порядок выполнения экспериментальной части работы