Определение характеристик и оценка качества САПР

Под качеством САПР понимается совокупность свойств системы, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением системы. Количественные характеристики одного или нескольких свойств называются показателями качествами системы. Существуют следующие группы показателей качества САПР: показатели назначения, функциональные показатели, эксплуатационные показатели, технологические показатели, экономические показатели, показатели стандартизации.

К показателям назначения относятся: область применения САПР, размерность решаемых задач проектирования, требуемые технические средства для реализации САПР.

Функциональные показатели (точность, надежность, устойчивость к искажающим воздействиям, время реакции системы) – свойства САПР, проявляющиеся непосредственно в процессе функционирования. Точность – показатель, который определяется следующими факторами: адекватностью математической модели проектирования и проектируемого объекта, погрешностью математических методов при решении задач оптимизации, погрешностью округления величин. Надежность – свойство системы не терять работоспособность при наличии отказов и сбоев в КТС САПР (аппаратная надежность) и при преобразовании определенного набора исходных данных из-за использовании при этом программ, содержащих ошибки (программная надежность). Устойчивость к искажающим воздействиям – способность системы выполнять своё функциональное назначение при наличии внешних и внутренних искажающих воздействий. Источниками внешних воздействий могут быть сети электропитания, неприспособленные для эксплуатации вычислительной техники помещения, ошибки в подготовке данных и т.п. Источниками внутренних воздействий могут быть сбои и отказы в самом КТС САПР, которые приводят к искажению кодов программы, результатов проектирования и т.п. Время реакции системы характеризуется временным интервалом между моментом поступления в КТС задания на проектирование и моментом выдачи соответствующей документации. Эта величина зависит от характеристик используемых вычислительных средств, периферийного оборудования и трансляторов, структуры программного и информационного обеспечения, структуры алгоритмов проектирования и размерности решаемых задач.

Эксплуатационные показатели – характеристики приспосабливаемости САПР к эксплуатации. К ним относятся: простота освоения и подготовки к работе, диагностируемость, количество и требуемая квалификация обслуживающего персонала, возможность внесения исправлений и доработок при изменении параметров проектируемых объектов и требований к проектированию.

К технологическим показателям относятся показатель распределения затрат ресурсов и времени на ввод САПР в эксплуатацию, поддержание ее работоспособности и сопровождения в специфических условиях конкретного пользователя.

К экономическим показателям относятся затраты на разработку и приобретение всех видов обеспечения САПР, создание и испытание опытного образца системы, тиражирование, освоение, обслуживание и сопровождение САПР.

Уровень стандартизации – степень соответствия документации по видам обеспечения САПР требованиям ГОСТ и других нормативных документов.

САПР представляет собой совокупность различных видов обеспечений, качество которых и определяет показатели качества всей системы. Показатели качества технического обеспечения САПР можно разделить на две группы (системные и пользовательские). Системные показатели отражают общие свойства технических средств (стоимость, производительность вычислительных средств, емкость памяти, число пользователей, число терминалов, загруженность отдельных устройств). Пользовательские показатели отражают специфические требования системы (режимы работы аппаратуры, применяемые языки, скорость и точность переработки информации, организация диалогового режима и др.)

Основные показатели качества технического обеспечения САПР определяются по следующим формулам:

1. Фактическая производительность ЭВМ, которая учитывает ее реальную загруженность

,

где P_ном – номинальная производительность ЭВМ, тыс. операций/с; П – пропускная способность ЭВМ, заданий/сут.; T_i – время использования центрального процессора i– ым заданием, мин.

2. Процессорное время на усредненную задачу

,

где n_ij – число процессорных операций j – го типа при выполнении i – го задания; α_j 1 – коэффициент сложности j – й операции; τ – время выполнения элементарной операции; S_i – число типов процессорных операций в программе выполнения i– го задания; g_i – относительная частота появления i – го задания

( ).

3. Стоимость обработки информации

C = S / P,

где S – стоимость КТС САПР; P – фактическая производительность ЭВМ.

4. Обобщенная степень загрузки оборудования

,

где S_j – стоимость j – го ресурса КТС; τ_iq – время использования q – го ресурса КТС i – м заданием; T = 1440 мин.; k – количество различных ресурсов КТС.

5. Коэффициент использования основного ресурса (центрального процессора)

,

где Т_СЧ и T_О – соответственно время нахождения центрального процессора в состоянии «счёт» и «ожидание».

6. Коэффициент загрузки центрального процессора полезной работой

.

7. Коэффициент загрузки центрального процессора программами операционной системы

,

где T_ОС – время выполнения программ операционной системы.

Основными показателями качества программного обеспечения (ПО) являются:

1. Документированность – характеристика ПО, объединяющая свойства понятности, осмысленности и завершенности. Понятность – свойство, позволяющее пользователю понять назначение программных средств. Осмысленность – свойство, когда документация не содержит избыточной информации и не допускает многозначной интерпретации терминов и символов. Завершенность – это присутствие в ПО всех необходимых компонентов, каждый из которых разработан всесторонне.

2. Эффективность – свойство ПО выполнять требуемые функции без излишних затрат ресурсов. В качестве оценки эффективности можно принять характеристику программы, значение которой прямо пропорционально быстродействию и обратно пропорционально объёму используемых ресурсов.

3. Надёжность – свойство ПО устойчиво выполнять необходимые функции. Надежность – это, в первую очередь, отсутствие ошибок в программе, а так же возможность легко исправить ошибки при наличии качественной программной документации.

4. Простота использования – свойство ПО нормально функционировать в четко определенной области его применения.

5. Удобство эксплуатации – свойство ПО адаптироваться в соответствии с вновь появившимися требованиями. Удобство эксплуатации предполагает понятность, оцениваемость и простоту внесения изменений.

6. Мобильность – свойство ПО, заключающееся в его приспособленности к переносу на ЭВМ иного типа, чем тот, для которого ПО разрабатывалось, а также к смене операционной системы.

7. Совместимость – свойство ПО, состоящее в том, что ПО или входящие в него программы могут выполняться в технической, информационной и программной среде иного типа, чем та, для которой оно непосредственно предназначено.

8. Испытуемость – свойство ПО, заключающееся в наличие возможности достаточно просто оценивать правильность функционирования программы в условиях конкретной среды.

9. Стоимость ПО.

Основными показателями качества лингвистического обеспечения (ЛО) являются: 1) простота – легкопонимаемость, единообразие в символике, целостность основных концепций; 2) надежность – вероятность безошибочного написания и трансляции программы заданного размера; 3) быстрота трансляции – скорость трансляции; 4) эффективность объектного кода – наличие оптимизирующего компилятора; 5) удобочитаемость; 6) блочность структуры.

Одним из основных функциональных показателей качества САПР является надежность (аппаратная и программная). Аппаратная надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность программного обеспечения представляет собой вероятность его работы без отказов в течение определенного периода времени, рассчитанная с учетом весомости отказа для пользователя, т.е. надежность ПО определяется не только частотой отказов, но и последствиями, к которым они приводят.

Функциональная надежность – свойство системы обеспечить получение достоверного результата или выполнение функционального задания в директивное время. Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Сбой – кратковременный самоустраняющийся отказ. Для САПР отказы подразделяются на отказы аппаратных средств и программного обеспечения.

Обесценивающие сбои и отказы аппаратных средств – это такие сбои и отказы, вследствие которых происходит искажение исходных данных или прикладной программы в целом. В результате таких сбоев и отказов дальнейшее выполнение программы становится невозможным, что ведет к необходимости повторного просчета. К ним относятся: остановка выполнения программы, искажение или полная потеря информации о состоянии вычислительного процесса, зацикливание и т.д.

Надежность характеризуется следующими параметрами: среднее время наработки на отказ, коэффициент готовности, среднее время восстановления, коэффициент технического использования. Коэффициент готовности – вероятность того, что система работоспособна в произвольный момент времени

где– Т_о время исправной работы между отказами; Т_в – среднее время восстановления системы.

Коэффициент оперативной готовности – вероятность того, что система будет работоспособна в произвольный момент времени t и безотказно проработает заданное время t₃

,

где R( t₃) – вероятность того, что система будет работоспособна в течение времени t₃.

Коэффициент технического использования – относительная доля времени выполнения системой заданных функций

где Т_о – время выполнения заданных функций (время работы); Т_в – время восстановления появляющихся неисправностей; Т_регл – время проведения регламентных работ; Т_п – время проведения профилактических работ.