Certyfikacja oprogramowania systemów przemysłowych

Certyfikacja oprogramowania systemów przemysłowych

Andrzej KWIECIEŃ

Certyfikacja

• Badanie zgodności z podanym wzorcem

• Uzgodnienia normatywne prowadzą do wzorca jakim jest norma

• Po co w ogóle normalizować?

• Kto jest odpowiedzialny za powstawanie norm?

Normalizować?

• Po co w ogóle normalizować oprogramowanie?

• Normalizować sposoby tworzenia algorytmów?

• Normalizować stosowalność narzędzi?• Stosować znormalizowane narzędzia?• Czy na fakt normalizacji ma wpłynąć rodzaj

i przeznaczenie oprogramowania?

Czy testowanie nie wystarczy?

• Czy sposoby testowania też powinny być znormalizowane?

• Istnieją instrukcje testowania oprogramowania?

• Są to najczęściej zalecenia i opracowania konkretnych producentów oprogramowania!

• Ale są też dokumenty normatywne testowania oprogramowania!

• To oznacza, że są dokumenty zwane normami!

Daj przykład

• „Urządzenie pomiarowe-walka o dokładność”

• „Identyczny algorytm, dwa kompilatory, dwa różne wyniki”- czy programiście potrzebny jest kalkulator?

Wniosek

• Musimy coraz szybciej produkować oprogramowanie-musimy korzystać z coraz to wydajniejszych narzędzi-ale jaką mamy gwarancję, że są to dobre narzędzia?

• To może jednak korzystać z narzędzi znormalizowanych?– Co to znaczy?

Inny przykład

• Oprogramowanie analizatora gazów toksycznych i wybuchowych do celów badawczych w laboratorium studenckim

• Oprogramowanie analizatora gazów toksycznych i wybuchowych do celów ostrzegania i sterowania systemami zasilania energetycznego

Jeszcze jeden przykład

• System intensywnego nadzoru medycznego– Analiza gazowa chorego,– Gwarantowany czas powiadamiania i

alarmowania

Czy Tobie chodzi o bezpieczeństwo?

TAK!

Chyba jednak należy software normalizować? Czy tak?

A precyzyjniej?

SPRAWSDZIĆ CZY OPROGRAMOWANIE ZOSTAŁO WYKONANE ZGODNIE Z ZALECENIAMI (Normą). Innymi słowy należy porównać etapy jego tworzenia z

zalecanym wzorcem tworzenia.

Co to jest CENELEC

• Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki Bruksela

• European Committee for Electrotechnical Standarization Brussels

• Comite Europeen de Normalisation ELECtrotechnique Brussels

Struktura podstawowa systemów PES

Komunikacja

Interfejsy wejściowe, przetworniki A/C

Urządzenia wejściowe –zadajniki sygnałów

Interfejsy wyjściowe, przetworniki C/A

Urządzenia wyjściowe – elementy wykonawcze

Programowalna elektronika

TEMAT:Bezpieczeństwo funkcjonalne systemów E/E/PE -nas interesuje tak naprawdę tylko PE

• Opisuje wszystkie fazy cykli życia bezpieczeństwa

• Umożliwia innym sektorom (np.pneumatyka) tworzenie podobnych norm

• Udostępnia metodę opracowania specyfikacji wymagań bezpieczeństwa

• Stosuje i wyznacza poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa

• Wprowadza podejście opierające się na analizie ryzyka

• Ustala docelowe miary liczbowe uszkodzeń systemów związanych z bezpieczeństwem

• Ustala dolną granicę docelowej miary uszkodzeń w przypadku uszkodzeń niebezpiecznych np. średnie prawdopodobieństwo niewykonania zaprojektowanej funkcji systemu równe

10-5/h,

Cykl życia bezpieczeństwa oprogramowania

Specyfikacja wymagań bezpieczeństwa oprogr

Specyfikacja wymagań funkcji bezpieczeństwa

Specyfikacja wymagań

nienaruszalności bezp.

Planowanie walidacji bezpieczeństwa oprogramowania

Projekt i opracowanie oprogramowania

Integracja PE Procedury pracy i modyfikacji oprogramowania

Walidacja bezpieczeństwa

oprogramowaniaDo normy IEC 61508-1

Do normy IEC 61508-1

Nienaruszalność bezpieczeństwa oprogramowania i cykl życia wytwarzania

Specyfikacja wymagań bezp. E/E/PES

Specyfikacja wymagań bezp. oprogramowania

Testowanie walidacyjne

Oprogramowanie po walidacjiWalidacja

Testowanie integracyjne E/P

Architektura E/E/EPS

Architektura oprogramowania

Projekt systemu oprogramowania

Testowanie integracyjne

Projekt modułu Testowanie modułu

KodowanieWyjście

Walidacja

WYMAGANIA DOTYCZĄCE CYKLU ŻYCIA

OPROGRAMOWANIA Cyklem życia oprogramowania nazywamy przedział czasu od

momentu rozpoczęcia fazy opracowania jego koncepcji, aż do chwili zakończenia jego używania. Cykl życia oprogramowania zwykle obejmuje:

fazę sformułowania wymagań, fazę opracowania, fazę sprawdzania, fazę integracji, fazę zainstalowania, fazę modyfikacji.

SPECYFIKACJA WYMAGAŃ

BEZPIECZEŃSTWA OPROGRAMOWANIA Specyfikacja wymagań bezpieczeństwa powinna zawierać

wszystkie wymagania dotyczące funkcji bezpieczeństwa, które powinny wypełniać systemy związane z bezpieczeństwem. Zwykle tę specyfikację dzieli się na:

• specyfikację wymagań dotyczących funkcji bezpieczeństwa,

• specyfikację wymagań dotyczących nienaruszalności bezpieczeństwa, która zawiera te wymagania nienaruszalności bezpieczeństwa funkcji bezpieczeństwa, które powinny wypełnić systemy z bezpieczeństwem związane

SPECYFIKACJA WYMAGAŃ BEZPIECZEŃSTWA OPROGRAMOWANIA

wyszczególnienie wymagań dotyczących oprogramowania bezpiecznego, w kategoriach wymagań dotyczących programowych funkcji bezpieczeństwa nienaruszalności bezpieczeństwa oprogramowania,

wyszczególnienie wymagań dotyczących programowych funkcji bezpieczeństwa dla każdego systemu PES związanego z bezpieczeństwem, koniecznych do zaimplementowania wymaganych funkcji bezpieczeństwa,

wyszczególnienie wymagań dotyczących nienaruszalności bezpieczeństwa oprogramowania dla każdego systemu EPS związanego z bezpieczeństwem, niezbędnych do osiągnięcia poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa

Cele specyfikacji wymagań bezpieczeństwa oprogramowania:


Specyfikacja wymagań bezpieczeństwa oprogramowania dotyczy wyrobu a nie projektu. Należy zatem zadbać, aby w zbiorze funkcji bezpieczeństwa znalazły się takie jak:

• funkcje umożliwiające osiągnięcie stanu bezpiecznego obiektu lub jego utrzymanie,

• funkcje związane z wykrywaniem, informowaniem i zarządzaniem defektami w programowalnej elektronice sprzętu,

• funkcje związane z wykrywaniem, informowaniem i zarządzaniem defektami w czujnikach i elementach wykonawczych,


• funkcje związane z wykrywaniem, informowaniem i zarządzaniem defektami w czujnikach i elementach wykonawczych,

• funkcje związane z wykrywaniem, informowaniem i zarządzaniem defektami w samym oprogramowaniu (tak zwane funkcje „samo monitorowania” oprogramowania,

• funkcje związane z okresowym testowaniem funkcji bezpieczeństwa w trybie „on-line”,

• funkcje związane z okresowym testowaniem funkcji bezpieczeństwa w trybie „off-line”,

• funkcje pozwalające na bezpieczne modyfikowanie PES.

WYMAGANIA DOTYCZĄCE NARZĘDZI WSPOMAGAJĄCYCH I JĘZYKÓW

PROGRAMOWANIA

Wybór narzędzi wspomagających zależy zazwyczaj od natury czynności produkcji oprogramowania i od jego architektury.

1. Język o ograniczonej zmienności, przy niskim poziomie nienaruszalności bezpieczeństwa.

Wymagane narzędzia i języki programowania, ograniczone do języków standardowych edytorów i programów ładujących PLC (ang. Programmable Logic Controller – sterownik przemysłowy swobodnie programowalny). Odpowiedzialność za zgodność z wymaganiami będzie głównie spoczywać na dostawcy oprogramowania.


PROGRAMOWANIA

2. Wyższe poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa.

Może być konieczny ograniczony podzbiór języka PLC oraz potrzebne narzędzia do weryfikacji i walidacji, takie jak analizatory kodu i symulatory. W tych okolicznościach odpowiedzialność będzie spoczywać tak na dostawcy, jak i na użytkowniku.


PROGRAMOWANIA

3. Narzędzia do zastosowań wbudowanych (ang. Embedded Systems), stosujące języki o pełnej zmienności.

Narzędzia te z konieczności są bardziej wszechstronne, nawet przy niskich poziomach nienaruszalności bezpieczeństwa. Odpowiedzialność za zgodność z wymaganiami, będzie spoczywać głównie na wytwórcy oprogramowania. Obejmuje to także dostawcę PLC, który będzie używać języka o pełnej zmienności przy dostarczeniu języka o ograniczonej zmienności do programowania aplikacji użytkownika.

WYBÓR JĘZYKA PROGRAMOWANIA

• Wybór języka a wymagany poziom nienaruszalności bezpieczeństwa,• Powinien być kompletny i jednoznacznie zdefiniowany,• Może być ograniczony do cech, które są jednoznacznie zdefiniowane,• Dopasowany do charakterystyk zastosowania,• Musi mieć właściwości wykrywania błędów.• Kompilator języka powinien mieć:

• Certyfikat zgodności z uznaną normą albo udokumentowaną analizę przydatności

Jeżeli wymagania, o których wspomniano nie mogą być spełnione, to podczas opisywania projektu architektury oprogramowania należy udokumentować uzasadnienie użycia języka alternatywnego. W owym uzasadnieniu należy przedstawić szczegółowo dopasowanie tego alternatywnego języka, do wypełnienia przewidzianego celu oraz

wszelkie dodatkowe sposoby rozwiązywania jakichkolwiek zidentyfikowanych słabych stron tego języka.

WYBÓR JĘZYKA PROGRAMOWANIA

Jeżeli wymagania, o których wspomniano nie mogą być spełnione, to podczas opisywania projektu architektury oprogramowania należy udokumentować uzasadnienie użycia języka alternatywnego. W owym uzasadnieniu należy przedstawić szczegółowo dopasowanie tego alternatywnego języka, do wypełnienia przewidzianego celu oraz wszelkie dodatkowe sposoby rozwiązywania jakichkolwiek zidentyfikowanych słabych stron tego języka.

Przykład normy„Urządzenia elektryczne do wykrywania i pomiaru

gazów palnych, gazów toksycznych oraz tlenu-Wymagania i badania dotyczące urządzeń

wykorzystujących oprogramowanie i/lub techniki cyfrowe”.

PN-EN 50271

Treść normy opracowano przez zespół normalizacyjny S.C. 31-9 Komitetu Technicznego CENELEC TC 31 i została

zatwierdzona przez CENELEC jako EN 50271 w dniu 01.05.2001r

01.04.2004-ostateczny termin wycofania sprzecznych norm krajowych

Zakres normy

• Prezentacja wymagań i zakresu badań dotyczących urządzeń do wykrywania i pomiarów gazów palnych, toksycznych i tlenu

• W zastosowaniach przemysłowych zakres dotyczy również urządzeń stosowanych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

• Stanowi uzupełnienie szeregu innych norm dotyczacych wykrywania i pomiarów gazów palnych i par, gazów toksycznych lub tlenu.

Definicje

• Jednostka cyfrowa-część urządzenia do cyfrowego przetwarzania danych- moduły A/D i D/A są elementami JC

• Stan specjalny- inne stany urządzenia niż kontrola koncentracji gazu, tryb kalibracji lub stan awaryjny

• Oprogramowanie- „twór umysłowy obejmujący programy, procedury, reguły i dokumentację towarzyszącą odnoszącą się do pracy jednostki cyfrowej”

• Oprogramowanie związane z bezpieczeństwem-oprogramowanie używane do wprowadzania funkcji bezpieczeństwa

• Parametry-ustawienia producenta lub użytkownika, które mają wpływ na działanie oprogramowania

Zasady projektowania

• Interfejs analogowo-cyfrowy– Pełne pokrycie zakresu wejść– Przekroczenie zakresu przetwarzania jednoznacznie

sygnalizowane– Próbkowanie A/D i D/A odpowiadające żądanej dokładności

odwzorowania danych

• Błędy numeryczne– Błędy cyfrowego przetwarzania mniejsze niż najmniejsza

odchyłka wskazania wymagana przez właściwą normę europejską– JC musi automatycznie kontrolować dozwolony zakres we., wy., i

wewnętrzny danych oraz obsługiwać przekroczenia zakresu– Obowiazuje zasada „najgorszego przypadku”


• Proces pomiarowy– Podczas procesu pomiarowego maksymalny, całkowity czas 4

następujących po sobie aktualizacji wartości wyjściowej nie powinien przekroczyć czasu odpowiedzi lub czasu do alarmu (urządzenia tylko alarmujące)

• Sygnalizacja stanu specjalnego– Konieczność sygnalizacji lokalnej jak i na wyjściach

przeznaczonych do zdalnej transmisji

• Sygnalizacja cyfrowa– Identyfikacja sygnałów– Priorytety sygnalizacji-wyświetlany stan o najw. priorytecie– Przegląd sygnałów, które aktualnie nie są pokazane lub

aktywowane


• Odczyt cyfrowy– Jednoznaczność wyświetlanych jednostek miary wskazanych

wartości zmierzonych

– Wyraźna sygnalizacja wszystkich pomiarów powyżej i poniżej zakresu pomiarowego


• Oprogramowanie– Możliwe rozpoznanie wersji oprogramowania (wyświetlacz)podczas

załączania urządzenia lub po jego restarcie lub na życzenie użytkownika– Brak możliwości zmiany zaprojektowanych funkcji oprogramowania– Kontrola prawidłowości ustawień parametrów– Bariera dostępu do zmian parametrów przez osoby niepowołane (blokada

mechaniczna lub programowe kody dostępu)– Ustawienia powinny być zabezpieczone nawet w przypadku wyłączenia

urządzenia i podczas trwania stanu specjalnego– Lista parametrów podlegających zmianom przez użytkownika oraz ich

zakresy muszą być wymienione w instrukcji obsługi– Strukturalna i modułowa konstrukcja-łatwiejsze jego sprawdzenie i

konserwacja– Jasno zdefiniowany interfejs we wszystkich modułach do innych

modułów


• Oprogramowanie– Dokumentacja (w pliku technicznym) winna zawierać:

• Nazwę urządzenia, do którego należy oprogramowanie• Jednoznaczna identyfikację wersji programu• Typ i wersję oprogramowania użytych narzędzi• Kod źródłowy modułów zabezpieczających oprogramowania• Opis funkcji• Strukturę oprogramowania (schemat działania programu, wykres Nassi-

Schneidermana)• Protokoły atestacyjne oprogramowania• Każdą zmianę oprogramowania wraz z datą zmiany i nowymi danymi

identyfikacyjnymi.

Uwaga! Dokumentacja jest przeznaczona jedynie do użytku laboratorium badawczego. Wszystkie informacje są poufne i należą do producenta.


• Sprzęt– Podzespoły powinny być sprawdzane przez oddzielne badania– Uniemożliwienie wprowadzania zmian do kodu oprogramowania w

każdych warunkach pracy. Modernizacje kodu powinny odbywać się pod kontrolą wytwórcy

– Konieczność stosowania jednostek pamięci, w których zawartość danych pozostaje stała kiedy zaniknie zasilanie. Jeżeli użyto baterii należy w instrukcji podać czas jej życia.

• Transmisja danych– Niezawodność – Opóźnienia (wynik błędów transmisji) muszą być mniejsze od czasu

odpowiedzi lub1/3 czasu włączenia alarmu. Jeżeli nie, to urządzenie powinno przejść w określony stan specjalny (udokumentowany w instrukcji obsługi)


• Badania wyrobu– Zasilanie JC co okres równy 10xczas odpowiedzi– Automatyczne (po załączeniu lub na życzenie użytkownika) testowanie

wszystkich dostępnych widocznych i słyszalnych funkcji wyjściowych– Sprzęt kontrolujący wraz z jego bazą czasową (np. programem

alarmowym) powinien pracować niezależnie i odrębnie od jednostki cyfrowej

– Program i pamięć parametryczna powinny być kontrolowane przez producentów, którzy dopuszczają wykrywanie pojedynczych bitów błędów

– Pamięć nietrwała powinna być kontrolowana przez producentów poprzez badanie zdolności odczytywania i zapisywania komórek pamięci

Po wykryciu awarii urządzenie powinno przejść w określony stan specjalny

Dziękuję

Komunikacja

Interfejsy wejściowe, przetworniki A/C

Urządzenia wejściowe –zadajniki sygnałów

Interfejsy wyjściowe, przetworniki C/A

Urządzenia wyjściowe – elementy wykonawcze

Programowalna elektronika

Documents

Certyfikacja oprogramowania systemów przemysłowych